Java基础 - 09 Set之linkedHashSet , CopyOnWriteArraySet

LinkedHashSet和CopyOnWriteArraySet都是Java集合框架提供的特殊集合类，他们在特定场景下有不同的用途和特点。

LinkedHashSet是Java集合框架中的一种实现类，它继承自HashSet并且保持插入顺序。它使用哈希表来存储元素，并使用链表来维护插入顺序。由于使用哈希表，LinkedHashSet提供了常数时间的复杂度（O(1)）来执行插入、删除和查找操作。同时，由于使用链表来维护插入顺序，LinkedHashSet可以按照元素的插入顺序进行迭代。因此，LinkedHashSet适用于需要保持插入顺序并且需要高效的插入、删除和查找操作的场景。

CopyOnWriteArraySet是Java并发包中的一种线程安全的Set实现。它实现了Set接口，并且使用了CopyOnWriteArrayList作为内部数据结构。CopyOnWriteArraySet通过在每次修改时创建一个新的副本来实现线程安全性，因此在并发修改操作时不会出现ConcurrentModificationException异常。它适用于读操作频繁、写操作较少的场景，因为每次修改都会创建一个新的副本，可能会带来一定的内存开销。由于CopyOnWriteArraySet是无序的，它不会维护插入顺序。因此，如果需要保持元素的插入顺序，应该使用LinkedHashSet。

LinkedHashSet

LinkedHashSet是一个基于哈希表和链表实现的有序集合。它继承自HashSet，并且保留了元素插入的顺序。LinkedHashSet通过哈希表快速访问元素，同时使用链表维护元素的顺序。这使得LinkedHashSet在需要保持元素顺序的情况下更加适用。

public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();

        // 添加元素
        set.add("apple");
        set.add("banana");
        set.add("orange");

        // 迭代元素，按照插入顺序输出
        for (String fruit : set) {
            System.out.println(fruit);
        }
    }

源码：

public class LinkedHashSet<E>
    extends HashSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable {

		/**
		 * 构造一个带默认初始容量 (16) 和加载因子 (0.75) 的新空链接哈希 set。
		 */
		public LinkedHashSet() {
			super(16, .75f, true);
		}
		
		/**
		 *  构造一个与指定 collection 中的元素相同的新链接哈希 set。
		 */
		public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c) {
			super(Math.max(2*c.size(), 11), .75f, true);
		    addAll(c);
		}
		
		/**
		 * 构造一个带指定初始容量和默认加载因子 (0.75) 的新空链接哈希 set。
		 */
		public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
			super(initialCapacity, .75f, true);
		}
		
		/**
		 * 构造一个带有指定初始容量和加载因子的新空链接哈希 set。
		 */
		public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
			super(initialCapacity, loadFactor, true);
		}
}

以下是一些LinkedHashSet的特点和用途：

• LinkedHashSet保留了元素插入的顺序，因此可以按照插入顺序进行迭代。
• LinkedHashSet是线程不安全的，不适用于多线程环境。
• LinkedHashSet具有HashSet的高效查找特性，同时还可以保持元素的顺序。
• LinkedHashSet的插入、删除和查找操作具有常数时间复杂度。

CopyOnWriteArraySet

CopyOnWriteArraySet是一个线程安全的集合类，它实现了Set接口，并且内部使用了Copy-On-Write技术。Copy-On-Write是一种并发策略，它在写操作时创建并复制整个集合，这样读操作不会受到写操作的影响。因此，CopyOnWriteArraySet非常适合用于读多写少的场景。

以下是一些CopyOnWriteArraySet的特点和用途：

• CopyOnWriteArraySet是线程安全的，适用于多线程环境。
• CopyOnWriteArraySet的迭代操作不需要加锁，并且不会抛出ConcurrentModificationException异常。
• CopyOnWriteArraySet的写操作会复制整个集合，因此在写操作频繁的情况下，性能可能较低。
• CopyOnWriteArraySet的读操作具有较低的性能开销。
  
  内部方法介绍
• add(E e): 向集合中添加指定元素。该方法会创建一个新的数组，并将指定元素添加到新数组中。
• remove(Object o): 从集合中移除指定元素。该方法会创建一个新的数组，并将除指定元素之外的所有元素添加到新数组中。
• contains(Object o): 判断集合中是否包含指定元素。该方法会遍历内部的数组，判断是否有相等的元素。
• isEmpty(): 判断集合是否为空。该方法会判断内部的数组是否为空。
• size(): 返回集合的大小，即元素的个数。该方法会返回内部数组的长度。
• iterator(): 返回一个迭代器**，用于遍历集合中的元素**。该方法返回的迭代器是通过拷贝内部数组创建的，因此不会受到集合修改的影响。
• toArray(): 将集合中的元素转换为数组，并返回该数组。该方法会创建一个新的数组，并将集合中的元素复制到新数组中。

两者直接的区别

CopyOnWriteArraySet

CopyOnWriteArraySet适用于读多写少的并发场景。它通过使用Copy-On-Write技术，在写操作时创建并复制整个集合，这样读操作不会受到写操作的影响。这使得CopyOnWriteArraySet在多线程环境下具有较好的安全性，读操作不需要加锁，并且不会抛出ConcurrentModificationException异常。因此，当需要在多线程环境下进行读操作较多的场景时，可以使用CopyOnWriteArraySet。

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;

public class CopyOnWriteArraySetExample {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArraySet<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();

        // 添加元素
        set.add("apple");
        set.add("banana");
        set.add("cherry");

        // 遍历元素
        for (String element : set) {
            System.out.println(element);
        }

        // 删除元素
        set.remove("banana");

        // 判断元素是否存在
        boolean contains = set.contains("cherry");
        System.out.println("Contains 'cherry': " + contains);

        // 获取集合大小
        int size = set.size();
        System.out.println("Size: " + size);
    }
}

LinkedHashSet

LinkedHashSet是HashSet的一个子类，它维护了一个双向链表来保持元素的插入顺序。LinkedHashSet适用于需要保持元素插入顺序的场景。它提供了HashSet的高性能查找和插入操作，并且使用链表来保持插入顺序。因此，当需要在保持插入顺序的同时进行高效的查找和插入操作时，可以使用LinkedHashSet。

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();

        // 添加元素
        set.add("apple");
        set.add("banana");
        set.add("cherry");

        // 遍历元素
        for (String element : set) {
            System.out.println(element);
        }

        // 删除元素
        set.remove("banana");

        // 判断元素是否存在
        boolean contains = set.contains("cherry");
        System.out.println("Contains 'cherry': " + contains);

        // 获取集合大小
        int size = set.size();
        System.out.println("Size: " + size);
    }
}

在多线程环境下，CopyOnWriteArraySet比LinkedHashSet具有更好的安全性。CopyOnWriteArraySet的读操作不需要加锁，并且不会抛出ConcurrentModificationException异常。而LinkedHashSet在多线程环境下需要使用外部同步机制来确保线程安全。例如，可以使用Collections.synchronizedSet()。

创建一个多线程环境下使用LinkedHashSet的示例

public class LinkedHashSetThreadSafetyExample {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new LinkedHashSet<>());

        // 创建多个线程来同时对set进行操作
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                set.add("Thread 1 - Element " + i);
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                set.add("Thread 2 - Element " + i);
            }
        });

        // 启动线程
        thread1.start();
        thread2.start();

        try {
            // 等待线程执行完毕
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 输出set的元素数量
        System.out.println("Set size: " + set.size());
    }
}

在上述代码中，我们创建了一个多线程环境下使用LinkedHashSet的示例。首先，我们使用Collections.synchronizedSet()方法创建了一个线程安全的Set，即使用外部同步机制来确保线程安全。然后，我们创建了两个线程thread1和thread2，分别向set中添加1000个元素。最后，我们使用thread1.join()和thread2.join()方法等待两个线程执行完毕，然后输出set的元素数量。

使用CopyOnWriteArraySet类来实现多线程安全的Set。

import java.util.concurrent.CopyOnWriteArraySet;

public class CopyOnWriteArraySetThreadSafetyExample {
    public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArraySet<String> set = new CopyOnWriteArraySet<>();

        // 创建多个线程来同时对set进行操作
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                set.add("Thread 1 - Element " + i);
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                set.add("Thread 2 - Element " + i);
            }
        });

        // 启动线程
        thread1.start();
        thread2.start();

        try {
            // 等待线程执行完毕
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 输出set的元素数量
        System.out.println("Set size: " + set.size());
    }
}

在上述代码中，我们使用CopyOnWriteArraySet类来实现多线程安全的Set。CopyOnWriteArraySet是一个线程安全的Set实现，通过在每次修改时创建一个新的副本来实现线程安全性。这意味着在并发修改操作时，不会发生ConcurrentModificationException异常。

我们创建了一个CopyOnWriteArraySet对象，然后创建了两个线程thread1和thread2，分别向set中添加1000个元素。最后，我们使用thread1.join()和thread2.join()方法等待两个线程执行完毕，然后输出set的元素数量。