Java集合详解8:Java集合类细节精讲

今天我们来探索一下Java集合类中的一些技术细节。主要是对一些比较容易被遗漏和误解的知识点做一些讲解和补充。可能不全面,还请谅解。

本文参考:http://cmsblogs.com/?cat=5

具体代码在我的GitHub中可以找到

https://github.com/h2pl/MyTech

文章首发于我的个人博客:

https://h2pl.github.io/2018/05/13/collection8

更多关于Java后端学习的内容请到我的CSDN博客上查看:

https://blog.csdn.net/a724888

我的个人博客主要发原创文章,也欢迎浏览 https://h2pl.github.io/

初始容量

集合是我们在Java编程中使用非常广泛的,它就像大海,海纳百川,像万能容器,盛装万物,而且这个大海,万能容器还可以无限变大(如果条件允许)。当这个海、容器的量变得非常大的时候,它的初始容量就会显得很重要了,因为挖海、扩容是需要消耗大量的人力物力财力的。

同样的道理,Collection的初始容量也显得异常重要。所以:对于已知的情景,请为集合指定初始容量。

public static void main(String[] args) {
    StudentVO student = null;
    long begin1 = System.currentTimeMillis();
    List<StudentVO> list1 = new ArrayList<>();
    for(int i = 0 ; i < 1000000; i++){
        student = new StudentVO(i,"chenssy_"+i,i);
        list1.add(student);
    }
    long end1 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("list1 time:" + (end1 - begin1));
    
    long begin2 = System.currentTimeMillis();
    List<StudentVO> list2 = new ArrayList<>(1000000);
    for(int i = 0 ; i < 1000000; i++){
        student = new StudentVO(i,"chenssy_"+i,i);
        list2.add(student);
    }
    long end2 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("list2 time:" + (end2 - begin2));
}

上面代码两个list都是插入1000000条数据,只不过list1没有没有申请初始化容量,而list2初始化容量1000000。那运行结果如下:

list1 time:1638
list2 time:921

从上面的运行结果我们可以看出list2的速度是list1的两倍左右。在前面LZ就提过,ArrayList的扩容机制是比较消耗资源的。我们先看ArrayList的add方法:

public boolean add(E e) {  
        ensureCapacity(size + 1);   
        elementData[size++] = e;  
        return true;  
    }  

public void ensureCapacity(int minCapacity) {  
    modCount++;         //修改计数器
    int oldCapacity = elementData.length;    
    //当前需要的长度超过了数组长度,进行扩容处理
    if (minCapacity > oldCapacity) {  
        Object oldData[] = elementData;  
        //新的容量 = 旧容量 * 1.5 + 1
        int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;  
            if (newCapacity < minCapacity)  
                newCapacity = minCapacity;  
      //数组拷贝,生成新的数组 
      elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  
    }  
}

ArrayList每次新增一个元素,就会检测ArrayList的当前容量是否已经到达临界点,如果到达临界点则会扩容1.5倍。然而ArrayList的扩容以及数组的拷贝生成新的数组是相当耗资源的。所以若我们事先已知集合的使用场景,知道集合的大概范围,我们最好是指定初始化容量,这样对资源的利用会更加好,尤其是大数据量的前提下,效率的提升和资源的利用会显得更加具有优势。

asList的缺陷

在实际开发过程中我们经常使用asList讲数组转换为List,这个方法使用起来非常方便,但是asList方法存在几个缺陷:

避免使用基本数据类型数组转换为列表

使用8个基本类型数组转换为列表时会存在一个比较有味的缺陷。先看如下程序:

public static void main(String[] args) {
        int[] ints = {1,2,3,4,5};
        List list = Arrays.asList(ints);
        System.out.println("list'size:" + list.size());
    }
------------------------------------
outPut:
list'size:1

程序的运行结果并没有像我们预期的那样是5而是逆天的1,这是什么情况?先看源码:

public static <T> List<T> asList(T... a) {
        return new ArrayList<>(a);
    }

asList接受的参数是一个泛型的变长参数,我们知道基本数据类型是无法发型化的,也就是说8个基本类型是无法作为asList的参数的, 要想作为泛型参数就必须使用其所对应的包装类型。但是这个这个实例中为什么没有出错呢?

因为该实例是将int类型的数组当做其参数,而在Java中数组是一个对象,它是可以泛型化的。所以该例子是不会产生错误的。既然例子是将整个int类型的数组当做泛型参数,那么经过asList转换就只有一个int 的列表了。如下:

public static void main(String[] args) {
    int[] ints = {1,2,3,4,5};
    List list = Arrays.asList(ints);
    System.out.println("list 的类型:" + list.get(0).getClass());
    System.out.println("list.get(0) == ints:" + list.get(0).equals(ints));
}

outPut: list 的类型:class [I list.get(0) == ints:true 从这个运行结果我们可以充分证明list里面的元素就是int数组。弄清楚这点了,那么修改方法也就一目了然了:将int 改变为Integer。

public static void main(String[] args) {
        Integer[] ints = {1,2,3,4,5};
        List list = Arrays.asList(ints);
        System.out.println("list'size:" + list.size());
        System.out.println("list.get(0) 的类型:" + list.get(0).getClass());
        System.out.println("list.get(0) == ints[0]:" + list.get(0).equals(ints[0]));
    }
----------------------------------------
outPut:
list'size:5
list.get(0) 的类型:class java.lang.Integer
list.get(0) == ints[0]:true

asList产生的列表不可操作

对于上面的实例我们再做一个小小的修改:

public static void main(String[] args) {
        Integer[] ints = {1,2,3,4,5};
        List list = Arrays.asList(ints);
        list.add(6);
    }

该实例就是讲ints通过asList转换为list 类别,然后再通过add方法加一个元素,这个实例简单的不能再简单了,但是运行结果呢?打出我们所料:

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
    at java.util.AbstractList.add(Unknown Source)
    at java.util.AbstractList.add(Unknown Source)
    at com.chenssy.test.arrayList.AsListTest.main(AsListTest.java:10)

运行结果尽然抛出UnsupportedOperationException异常,该异常表示list不支持add方法。这就让我们郁闷了,list怎么可能不支持add方法呢?难道jdk脑袋堵塞了?我们再看asList的源码:

public static <T> List<T> asList(T... a) {
        return new ArrayList<>(a);
    }

asList接受参数后,直接new 一个ArrayList,到这里看应该是没有错误的啊?别急,再往下看:

private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
    implements RandomAccess, java.io.Serializable{
        private static final long serialVersionUID = -2764017481108945198L;
        private final E[] a;

        ArrayList(E[] array) {
            if (array==null)
                throw new NullPointerException();
            a = array;
        }
        //.................
    }

这是ArrayList的源码,从这里我们可以看出,此ArrayList不是java.util.ArrayList,他是Arrays的内部类。

该内部类提供了size、toArray、get、set、indexOf、contains方法,而像add、remove等改变list结果的方法从AbstractList父类继承过来,同时这些方法也比较奇葩,它直接抛出UnsupportedOperationException异常:

public boolean add(E e) {
        add(size(), e);
        return true;
    }
    
    public E set(int index, E element) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public void add(int index, E element) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    
    public E remove(int index) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

通过这些代码可以看出asList返回的列表只不过是一个披着list的外衣,它并没有list的基本特性(变长)。该list是一个长度不可变的列表,传入参数的数组有多长,其返回的列表就只能是多长。所以::不要试图改变asList返回的列表,否则你会自食苦果。

subList的缺陷

我们经常使用subString方法来对String对象进行分割处理,同时我们也可以使用subList、subMap、subSet来对List、Map、Set进行分割处理,但是这个分割存在某些瑕疵。

subList返回仅仅只是一个视图

首先我们先看如下实例:

public static void main(String[] args) { List list1 = new ArrayList(); list1.add(1); list1.add(2);

    //通过构造函数新建一个包含list1的列表 list2
    List<Integer> list2 = new ArrayList<Integer>(list1);
    
    //通过subList生成一个与list1一样的列表 list3
    List<Integer> list3 = list1.subList(0, list1.size());
    
    //修改list3
    list3.add(3);
    
    System.out.println("list1 == list2:" + list1.equals(list2));
    System.out.println("list1 == list3:" + list1.equals(list3));
}

这个例子非常简单,无非就是通过构造函数、subList重新生成一个与list1一样的list,然后修改list3,最后比较list1 == list2?、list1 == list3?。

按照我们常规的思路应该是这样的:因为list3通过add新增了一个元素,那么它肯定与list1不等,而list2是通过list1构造出来的,所以应该相等,所以结果应该是:

list1 == list2:true
list1 == list3: false

首先我们先不论结果的正确与否,我们先看subList的源码:

public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
        subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
        return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);
}

subListRangeCheck方式是判断fromIndex、toIndex是否合法,如果合法就直接返回一个subList对象,注意在产生该new该对象的时候传递了一个参数 this ,该参数非常重要,因为他代表着原始list。

/** * 继承AbstractList类,实现RandomAccess接口 */ private class SubList extends AbstractList implements RandomAccess { private final AbstractList parent; //列表 private final int parentOffset; private final int offset; int size;

    //构造函数
    SubList(AbstractList<E> parent,
            int offset, int fromIndex, int toIndex) {
        this.parent = parent;
        this.parentOffset = fromIndex;
        this.offset = offset + fromIndex;
        this.size = toIndex - fromIndex;
        this.modCount = ArrayList.this.modCount;
    }

    //set方法
    public E set(int index, E e) {
        rangeCheck(index);
        checkForComodification();
        E oldValue = ArrayList.this.elementData(offset + index);
        ArrayList.this.elementData[offset + index] = e;
        return oldValue;
    }

    //get方法
    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);
        checkForComodification();
        return ArrayList.this.elementData(offset + index);
    }

    //add方法
    public void add(int index, E e) {
        rangeCheckForAdd(index);
        checkForComodification();
        parent.add(parentOffset + index, e);
        this.modCount = parent.modCount;
        this.size++;
    }

    //remove方法
    public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);
        checkForComodification();
        E result = parent.remove(parentOffset + index);
        this.modCount = parent.modCount;
        this.size--;
        return result;
    }
}

该SubLsit是ArrayList的内部类,它与ArrayList一样,都是继承AbstractList和实现RandomAccess接口。同时也提供了get、set、add、remove等list常用的方法。但是它的构造函数有点特殊,在该构造函数中有两个地方需要注意:

1、this.parent = parent;而parent就是在前面传递过来的list,也就是说this.parent就是原始list的引用。

2、this.offset = offset + fromIndex;this.parentOffset = fromIndex;。同时在构造函数中它甚至将modCount(fail-fast机制)传递过来了。

我们再看get方法,在get方法中return ArrayList.this.elementData(offset + index);

这段代码可以清晰表明get所返回就是原列表offset + index位置的元素。同样的道理还有add方法里面的:

parent.add(parentOffset + index, e); this.modCount = parent.modCount; remove方法里面的

E result = parent.remove(parentOffset + index); this.modCount = parent.modCount;

诚然,到了这里我们可以判断subList返回的SubList同样也是AbstractList的子类,同时它的方法如get、set、add、remove等都是在原列表上面做操作,它并没有像subString一样生成一个新的对象。

所以subList返回的只是原列表的一个视图,它所有的操作最终都会作用在原列表上。

那么从这里的分析我们可以得出上面的结果应该恰恰与我们上面的答案相反:

list1 == list2:false list1 == list3:true

subList生成子列表后,不要试图去操作原列表

从上面我们知道subList生成的子列表只是原列表的一个视图而已,如果我们操作子列表它产生的作用都会在原列表上面表现,但是如果我们操作原列表会产生什么情况呢?

public static void main(String[] args) { List list1 = new ArrayList(); list1.add(1); list1.add(2);

    //通过subList生成一个与list1一样的列表 list3
    List<Integer> list3 = list1.subList(0, list1.size());
    //修改list1
    list1.add(3);
    
    System.out.println("list1'size:" + list1.size());
    System.out.println("list3'size:" + list3.size());
}

该实例如果不产生意外,那么他们两个list的大小都应该都是3,但是偏偏事与愿违,事实上我们得到的结果是这样的:

list1'size:3
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.util.ArrayList$SubList.checkForComodification(Unknown Source)
    at java.util.ArrayList$SubList.size(Unknown Source)
    at com.chenssy.test.arrayList.SubListTest.main(SubListTest.java:17)

list1正常输出,但是list3就抛出ConcurrentModificationException异常,看过我另一篇博客的同仁肯定对这个异常非常,fail-fast?不错就是fail-fast机制,在fail-fast机制中,LZ花了很多力气来讲述这个异常,所以这里LZ就不对这个异常多讲了。我们再看size方法:

public int size() {
            checkForComodification();
            return this.size;
        }

size方法首先会通过checkForComodification验证,然后再返回this.size。

private void checkForComodification() {
            if (ArrayList.this.modCount != this.modCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }

该方法表明当原列表的modCount与this.modCount不相等时就会抛出ConcurrentModificationException。

同时我们知道modCount 在new的过程中 "继承"了原列表modCount,只有在修改该列表(子列表)时才会修改该值(先表现在原列表后作用于子列表)。

而在该实例中我们是操作原列表,原列表的modCount当然不会反应在子列表的modCount上啦,所以才会抛出该异常。

对于子列表视图,它是动态生成的,生成之后就不要操作原列表了,否则必然都导致视图的不稳定而抛出异常。最好的办法就是将原列表设置为只读状态,要操作就操作子列表:

//通过subList生成一个与list1一样的列表 list3

List<Integer> list3 = list1.subList(0, list1.size());

//对list1设置为只读状态

list1 = Collections.unmodifiableList(list1);

推荐使用subList处理局部列表

在开发过程中我们一定会遇到这样一个问题:获取一堆数据后,需要删除某段数据。例如,有一个列表存在1000条记录,我们需要删除100-200位置处的数据,可能我们会这样处理:

for(int i = 0 ; i < list1.size() ; i++){
   if(i >= 100 && i <= 200){
       list1.remove(i);
       /*
        * 当然这段代码存在问题,list remove之后后面的元素会填充上来,
         * 所以需要对i进行简单的处理,当然这个不是这里讨论的问题。
         */
   }
}

这个应该是我们大部分人的处理方式吧,其实还有更好的方法,利用subList。在前面LZ已经讲过,子列表的操作都会反映在原列表上。所以下面一行代码全部搞定:

list1.subList(100, 200).clear();

简单而不失华丽!!!!!

保持compareTo和equals同步

在Java中我们常使用Comparable接口来实现排序,其中compareTo是实现该接口方法。我们知道compareTo返回0表示两个对象相等,返回正数表示大于,返回负数表示小于。同时我们也知道equals也可以判断两个对象是否相等,那么他们两者之间是否存在关联关系呢?

public class Student implements Comparable<Student>{
    private String id;
    private String name;
    private int age;
    
    public Student(String id,String name,int age){
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public boolean equals(Object obj){
        if(obj == null){
            return false;
        }
        
        if(this == obj){
            return true;
        }
        
        if(obj.getClass() != this.getClass()){
            return false;
        }
        
        Student student = (Student)obj;
        if(!student.getName().equals(getName())){
            return false;
        }
        
        return true;
    }
    
    public int compareTo(Student student) {
        return this.age - student.age;
    }

    /** 省略getter、setter方法 */
}

Student类实现Comparable接口和实现equals方法,其中compareTo是根据age来比对的,equals是根据name来比对的。

public static void main(String[] args){
        List<Student> list = new ArrayList<>();
        list.add(new Student("1", "chenssy1", 24));
        list.add(new Student("2", "chenssy1", 26));
        
        Collections.sort(list);   //排序
        
        Student student = new Student("2", "chenssy1", 26);
        
        //检索student在list中的位置
        int index1 = list.indexOf(student);
        int index2 = Collections.binarySearch(list, student);
        
        System.out.println("index1 = " + index1);
        System.out.println("index2 = " + index2);
    }

按照常规思路来说应该两者index是一致的,因为他们检索的是同一个对象,但是非常遗憾,其运行结果:

index1 = 0 index2 = 1

为什么会产生这样不同的结果呢?这是因为indexOf和binarySearch的实现机制不同。 indexOf是基于equals来实现的只要equals返回TRUE就认为已经找到了相同的元素。 而binarySearch是基于compareTo方法的,当compareTo返回0 时就认为已经找到了该元素。

在我们实现的Student类中我们覆写了compareTo和equals方法,但是我们的compareTo、equals的比较依据不同,一个是基于age、一个是基于name。

比较依据不同那么得到的结果很有可能会不同。所以知道了原因,我们就好修改了:将两者之间的比较依据保持一致即可。

对于compareTo和equals两个方法我们可以总结为:compareTo是判断元素在排序中的位置是否相等,equals是判断元素是否相等,既然一个决定排序位置,一个决定相等,所以我们非常有必要确保当排序位置相同时,其equals也应该相等。

使其相等的方式就是两者应该依附于相同的条件。当compareto相等时equals也应该相等,而compareto不相等时equals不应该相等,并且compareto依据某些属性来决定排序。

今天我们来探索一下HashSet,TreeSet与LinkedHashSet的基本原理与源码实现,由于这三个set都是基于之前文章的三个map进行实现的,所以推荐大家先看一下前面有关map的文章,结合使用味道更佳。

具体代码在我的GitHub中可以找到

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https://h2pl.github.io/2018/05/12/collection7

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本文参考 http://cmsblogs.com/?p=599

HashSet

定义 public class HashSet extends AbstractSet implements Set, Cloneable, java.io.Serializable

HashSet继承AbstractSet类,实现Set、Cloneable、Serializable接口。其中AbstractSet提供 Set 接口的骨干实现,从而最大限度地减少了实现此接口所需的工作。 ==Set接口是一种不包括重复元素的Collection,它维持它自己的内部排序,所以随机访问没有任何意义。==

本文基于1.8jdk进行源码分析。

基本属性

基于HashMap实现,底层使用HashMap保存所有元素 private transient HashMap<E,Object> map;

//定义一个Object对象作为HashMap的value private static final Object PRESENT = new Object();

构造函数 /** * 默认构造函数 * 初始化一个空的HashMap,并使用默认初始容量为16和加载因子0.75。 */ public HashSet() { map = new HashMap<>(); }

/**
 * 构造一个包含指定 collection 中的元素的新 set。
 */
public HashSet(Collection<? extends E> c) {
    map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
    addAll(c);
}

/**
 * 构造一个新的空 set,其底层 HashMap 实例具有指定的初始容量和指定的加载因子
 */
public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
    map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}

/**
 * 构造一个新的空 set,其底层 HashMap 实例具有指定的初始容量和默认的加载因子(0.75)。
 */
public HashSet(int initialCapacity) {
   map = new HashMap<>(initialCapacity);
}

/**
 * 在API中我没有看到这个构造函数,今天看源码才发现(原来访问权限为包权限,不对外公开的)
 * 以指定的initialCapacity和loadFactor构造一个新的空链接哈希集合。
 * dummy 为标识 该构造函数主要作用是对LinkedHashSet起到一个支持作用
 */
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
   map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}

从构造函数中可以看出HashSet所有的构造都是构造出一个新的HashMap,其中最后一个构造函数,为包访问权限是不对外公开,仅仅只在使用LinkedHashSet时才会发生作用。

方法

既然HashSet是基于HashMap,那么对于HashSet而言,其方法的实现过程是非常简单的。 public Iterator iterator() { return map.keySet().iterator(); }

iterator()方法返回对此 set 中元素进行迭代的迭代器。返回元素的顺序并不是特定的。

底层调用HashMap的keySet返回所有的key,这点反应了HashSet中的所有元素都是保存在HashMap的key中,value则是使用的PRESENT对象,该对象为static final。 public int size() { return map.size(); } size()返回此 set 中的元素的数量(set 的容量)。底层调用HashMap的size方法,返回HashMap容器的大小。

public boolean isEmpty() { return map.isEmpty(); } isEmpty(),判断HashSet()集合是否为空,为空返回 true,否则返回false。

public boolean contains(Object o) { return map.containsKey(o); }

public boolean containsKey(Object key) { return getNode(hash(key), key) != null; }

//最终调用该方法进行节点查找 final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k; //先检查桶的头结点是否存在 if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { if (first.hash == hash && // always check first node ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return first; //不是头结点,则遍历链表,如果是树节点则使用树节点的方法遍历,直到找到,或者为null if ((e = first.next) != null) { if (first instanceof TreeNode) return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key); do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } while ((e = e.next) != null); } } return null; }

contains(),判断某个元素是否存在于HashSet()中,存在返回true,否则返回false。更加确切的讲应该是要满足这种关系才能返回true:(o==null ? e==null : o.equals(e))。底层调用containsKey判断HashMap的key值是否为空。 public boolean add(E e) { return map.put(e, PRESENT)==null; }

public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true); }

map的put方法: final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;

//确认初始化
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
    n = (tab = resize()).length;
    
//如果桶为空,直接插入新元素,也就是entry
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
    tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
    Node<K,V> e; K k;
    //如果冲突,分为三种情况
    //key相等时让旧entry等于新entry即可
    if (p.hash == hash &&
        ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
        e = p;
    //红黑树情况
    else if (p instanceof TreeNode)
        e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
    else {
        //如果key不相等,则连成链表
        for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
            if ((e = p.next) == null) {
                p.next = newNode(hash, key, value, null);
                if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                    treeifyBin(tab, hash);
                break;
            }
            if (e.hash == hash &&
                ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                break;
            p = e;
        }
    }
    if (e != null) { // existing mapping for key
        V oldValue = e.value;
        if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
            e.value = value;
        afterNodeAccess(e);
        return oldValue;
    }
}
++modCount;
if (++size > threshold)
    resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;

}

这里注意一点,hashset只是不允许重复的元素加入,而不是不允许元素连成链表,因为只要key的equals方法判断为true时它们是相等的,此时会发生value的替换,因为所有entry的value一样,所以和没有插入时一样的。

而当两个hashcode相同但key不相等的entry插入时,仍然会连成一个链表,长度超过8时依然会和hashmap一样扩展成红黑树,看完源码之后笔者才明白自己之前理解错了。所以看源码还是蛮有好处的。hashset基本上就是使用hashmap的方法再次实现了一遍而已,只不过value全都是同一个object,让你以为相同元素没有插入,事实上只是value替换成和原来相同的值而已。

当add方法发生冲突时,如果key相同,则替换value,如果key不同,则连成链表。

add()如果此 set 中尚未包含指定元素,则添加指定元素。如果此Set没有包含满足(e==null ? e2==null : e.equals(e2)) 的e2时,则将e2添加到Set中,否则不添加且返回false。

由于底层使用HashMap的put方法将key = e,value=PRESENT构建成key-value键值对,当此e存在于HashMap的key中,则value将会覆盖原有value,但是key保持不变,所以如果将一个已经存在的e元素添加中HashSet中,新添加的元素是不会保存到HashMap中,所以这就满足了HashSet中元素不会重复的特性。 public boolean remove(Object o) { return map.remove(o)==PRESENT; }

remove如果指定元素存在于此 set 中,则将其移除。底层使用HashMap的remove方法删除指定的Entry。 public void clear() { map.clear(); }

clear从此 set 中移除所有元素。底层调用HashMap的clear方法清除所有的Entry。 public Object clone() { try { HashSet newSet = (HashSet) super.clone(); newSet.map = (HashMap<E, Object>) map.clone(); return newSet; } catch (CloneNotSupportedException e) { throw new InternalError(); } }

clone返回此 HashSet 实例的浅表副本:并没有复制这些元素本身。

后记:

由于HashSet底层使用了HashMap实现,使其的实现过程变得非常简单,如果你对HashMap比较了解,那么HashSet简直是小菜一碟。有两个方法对HashMap和HashSet而言是非常重要的,下篇将详细讲解hashcode和equals。

TreeSet

与HashSet是基于HashMap实现一样,TreeSet同样是基于TreeMap实现的。在《Java提高篇(二七)-----TreeMap》中LZ详细讲解了TreeMap实现机制,如果客官详情看了这篇博文或者多TreeMap有比较详细的了解,那么TreeSet的实现对您是喝口水那么简单。

TreeSet定义

我们知道TreeMap是一个有序的二叉树,那么同理TreeSet同样也是一个有序的,它的作用是提供有序的Set集合。通过源码我们知道TreeSet基础AbstractSet,实现NavigableSet、Cloneable、Serializable接口。

其中AbstractSet提供 Set 接口的骨干实现,从而最大限度地减少了实现此接口所需的工作。

NavigableSet是扩展的 SortedSet,具有了为给定搜索目标报告最接近匹配项的导航方法,这就意味着它支持一系列的导航方法。比如查找与指定目标最匹配项。Cloneable支持克隆,Serializable支持序列化。 public class TreeSet extends AbstractSet implements NavigableSet, Cloneable, java.io.Serializable

同时在TreeSet中定义了如下几个变量。 private transient NavigableMap<E,Object> m;

//PRESENT会被当做Map的value与key构建成键值对 private static final Object PRESENT = new Object();

其构造方法: //默认构造方法,根据其元素的自然顺序进行排序

public TreeSet() { this(new TreeMap<E,Object>()); }

//构造一个包含指定 collection 元素的新 TreeSet,它按照其元素的自然顺序进行排序。 public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) { this(new TreeMap<>(comparator)); }

//构造一个新的空 TreeSet,它根据指定比较器进行排序。 public TreeSet(Collection<? extends E> c) { this(); addAll(c); }

//构造一个与指定有序 set 具有相同映射关系和相同排序的新 TreeSet。 public TreeSet(SortedSet s) { this(s.comparator()); addAll(s); }

TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) { this.m = m; }

二、TreeSet主要方法

1、add:将指定的元素添加到此 set(如果该元素尚未存在于 set 中)。 public boolean add(E e) { return m.put(e, PRESENT)==null; }

public V put(K key, V value) { Entry<K,V> t = root; if (t == null) { //空树时,判断节点是否为空 compare(key, key); // type (and possibly null) check

    root = new Entry<>(key, value, null);
    size = 1;
    modCount++;
    return null;
}
int cmp;
Entry<K,V> parent;
// split comparator and comparable paths
Comparator<? super K> cpr = comparator;
//非空树,根据传入比较器进行节点的插入位置查找
if (cpr != null) {
    do {
        parent = t;
        //节点比根节点小,则找左子树,否则找右子树
        cmp = cpr.compare(key, t.key);
        if (cmp < 0)
            t = t.left;
        else if (cmp > 0)
            t = t.right;
            //如果key的比较返回值相等,直接更新值(一般compareto相等时equals方法也相等)
        else
            return t.setValue(value);
    } while (t != null);
}
else {
//如果没有传入比较器,则按照自然排序
    if (key == null)
        throw new NullPointerException();
    @SuppressWarnings("unchecked")
        Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
    do {
        parent = t;
        cmp = k.compareTo(t.key);
        if (cmp < 0)
            t = t.left;
        else if (cmp > 0)
            t = t.right;
        else
            return t.setValue(value);
    } while (t != null);
}
//查找的节点为空,直接插入,默认为红节点
Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
if (cmp < 0)
    parent.left = e;
else
    parent.right = e;
    //插入后进行红黑树调整
fixAfterInsertion(e);
size++;
modCount++;
return null;

}

2、get:获取元素 public V get(Object key) { Entry<K,V> p = getEntry(key); return (p==null ? null : p.value); }

该方法与put的流程类似,只不过是把插入换成了查找

3、ceiling:返回此 set 中大于等于给定元素的最小元素;如果不存在这样的元素,则返回 null。 public E ceiling(E e) { return m.ceilingKey(e); }

4、clear:移除此 set 中的所有元素。 public void clear() { m.clear(); }

5、clone:返回 TreeSet 实例的浅表副本。属于浅拷贝。 public Object clone() { TreeSet clone = null; try { clone = (TreeSet) super.clone(); } catch (CloneNotSupportedException e) { throw new InternalError(); }

    clone.m = new TreeMap<>(m);
    return clone;
}

6、comparator:返回对此 set 中的元素进行排序的比较器;如果此 set 使用其元素的自然顺序,则返回 null。 public Comparator<? super E> comparator() { return m.comparator(); }

7、contains:如果此 set 包含指定的元素,则返回 true。 public boolean contains(Object o) { return m.containsKey(o); }

8、descendingIterator:返回在此 set 元素上按降序进行迭代的迭代器。 public Iterator descendingIterator() { return m.descendingKeySet().iterator(); }

9、descendingSet:返回此 set 中所包含元素的逆序视图。 public NavigableSet descendingSet() { return new TreeSet<>(m.descendingMap()); }

10、first:返回此 set 中当前第一个(最低)元素。 public E first() { return m.firstKey(); }

11、floor:返回此 set 中小于等于给定元素的最大元素;如果不存在这样的元素,则返回 null。 public E floor(E e) { return m.floorKey(e); }

12、headSet:返回此 set 的部分视图,其元素严格小于 toElement。 public SortedSet headSet(E toElement) { return headSet(toElement, false); }

13、higher:返回此 set 中严格大于给定元素的最小元素;如果不存在这样的元素,则返回 null。 public E higher(E e) { return m.higherKey(e); }

14、isEmpty:如果此 set 不包含任何元素,则返回 true。 public boolean isEmpty() { return m.isEmpty(); }

15、iterator:返回在此 set 中的元素上按升序进行迭代的迭代器。 public Iterator iterator() { return m.navigableKeySet().iterator(); }

16、last:返回此 set 中当前最后一个(最高)元素。 public E last() { return m.lastKey(); }

17、lower:返回此 set 中严格小于给定元素的最大元素;如果不存在这样的元素,则返回 null。 public E lower(E e) { return m.lowerKey(e); }

18、pollFirst:获取并移除第一个(最低)元素;如果此 set 为空,则返回 null。 public E pollFirst() { Map.Entry<E,?> e = m.pollFirstEntry(); return (e == null) ? null : e.getKey(); }

19、pollLast:获取并移除最后一个(最高)元素;如果此 set 为空,则返回 null。 public E pollLast() { Map.Entry<E,?> e = m.pollLastEntry(); return (e == null) ? null : e.getKey(); }

20、remove:将指定的元素从 set 中移除(如果该元素存在于此 set 中)。 public boolean remove(Object o) { return m.remove(o)==PRESENT; }

该方法与put类似,只不过把插入换成了删除,并且要进行删除后调整

21、size:返回 set 中的元素数(set 的容量)。 public int size() { return m.size(); }

22、subSet:返回此 set 的部分视图 /** * 返回此 set 的部分视图,其元素范围从 fromElement 到 toElement。 */ public NavigableSet subSet(E fromElement, boolean fromInclusive, E toElement, boolean toInclusive) { return new TreeSet<>(m.subMap(fromElement, fromInclusive, toElement, toInclusive)); }

 /**
  * 返回此 set 的部分视图,其元素从 fromElement(包括)到 toElement(不包括)。
  */
 public SortedSet<E> subSet(E fromElement, E toElement) {
     return subSet(fromElement, true, toElement, false);
 }

23、tailSet:返回此 set 的部分视图 /** * 返回此 set 的部分视图,其元素大于(或等于,如果 inclusive 为 true)fromElement。 */ public NavigableSet tailSet(E fromElement, boolean inclusive) { return new TreeSet<>(m.tailMap(fromElement, inclusive)); }

/**
 * 返回此 set 的部分视图,其元素大于等于 fromElement。
 */
public SortedSet<E> tailSet(E fromElement) {
    return tailSet(fromElement, true);
}

最后

由于TreeSet是基于TreeMap实现的,所以如果我们对treeMap有了一定的了解,对TreeSet那是小菜一碟,我们从TreeSet中的源码可以看出,其实现过程非常简单,几乎所有的方法实现全部都是基于TreeMap的。

LinkedHashSet

LinkedHashSet内部是如何工作的

LinkedHashSet是HashSet的一个“扩展版本”,HashSet并不管什么顺序,不同的是LinkedHashSet会维护“插入顺序”。HashSet内部使用HashMap对象来存储它的元素,而LinkedHashSet内部使用LinkedHashMap对象来存储和处理它的元素。这篇文章,我们将会看到LinkedHashSet内部是如何运作的及如何维护插入顺序的。

我们首先着眼LinkedHashSet的构造函数。在LinkedHashSet类中一共有4个构造函数。这些构造函数都只是简单地调用父类构造函数(如HashSet类的构造函数)。 下面看看LinkedHashSet的构造函数是如何定义的。 //Constructor - 1

public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) { super(initialCapacity, loadFactor, true); //Calling super class constructor }

//Constructor - 2

public LinkedHashSet(int initialCapacity) { super(initialCapacity, .75f, true); //Calling super class constructor }

//Constructor - 3

public LinkedHashSet() { super(16, .75f, true); //Calling super class constructor }

//Constructor - 4

public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c) { super(Math.max(2*c.size(), 11), .75f, true); //Calling super class constructor addAll(c); }

在上面的代码片段中,你可能注意到4个构造函数调用的是同一个父类的构造函数。这个构造函数(父类的,译者注)是一个包内私有构造函数(见下面的代码,HashSet的构造函数没有使用public公开,译者注),它只能被LinkedHashSet使用。

这个构造函数需要初始容量,负载因子和一个boolean类型的哑值(没有什么用处的参数,作为标记,译者注)等参数。这个哑参数只是用来区别这个构造函数与HashSet的其他拥有初始容量和负载因子参数的构造函数,下面是这个构造函数的定义, HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) { map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor); }

显然,这个构造函数内部初始化了一个LinkedHashMap对象,这个对象恰好被LinkedHashSet用来存储它的元素。

LinkedHashSet并没有自己的方法,所有的方法都继承自它的父类HashSet,因此,对LinkedHashSet的所有操作方式就好像对HashSet操作一样。

唯一的不同是内部使用不同的对象去存储元素。在HashSet中,插入的元素是被当做HashMap的键来保存的,而在LinkedHashSet中被看作是LinkedHashMap的键。

这些键对应的值都是常量PRESENT(PRESENT是HashSet的静态成员变量,译者注)。

LinkedHashSet是如何维护插入顺序的

LinkedHashSet使用LinkedHashMap对象来存储它的元素,插入到LinkedHashSet中的元素实际上是被当作LinkedHashMap的键保存起来的。

LinkedHashMap的每一个键值对都是通过内部的静态类Entry<K, V>实例化的。这个 Entry<K, V>类继承了HashMap.Entry类。

这个静态类增加了两个成员变量,before和after来维护LinkedHasMap元素的插入顺序。这两个成员变量分别指向前一个和后一个元素,这让LinkedHashMap也有类似双向链表的表现。 private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V> { // These fields comprise the doubly linked list used for iteration. Entry<K,V> before, after;

    Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry<K,V> next) {
        super(hash, key, value, next);
    }

}

从上面代码看到的LinkedHashMap内部类的前面两个成员变量——before和after负责维护LinkedHashSet的插入顺序。LinkedHashMap定义的成员变量header保存的是 这个双向链表的头节点。header的定义就像下面这样,

接下来看一个例子就知道LinkedHashSet内部是如何工作的了。 public class LinkedHashSetExample { public static void main(String[] args) { //Creating LinkedHashSet

    LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<String>();

    //Adding elements to LinkedHashSet

    set.add("BLUE");

    set.add("RED");

    set.add("GREEN");    

    set.add("BLACK");
}

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