Java 容器類源碼詳解 Set
前言
Set 表示由無重復(fù)對(duì)象組成的集合,也是集合框架中重要的一種集合類型,直接擴(kuò)展自 Collection 接口。在一個(gè) Set 中,不能有兩個(gè)引用指向同一個(gè)對(duì)象,或兩個(gè)指向 null 的引用。如果對(duì)象 a 和 b 的引用滿足條件 a.equals(b),那么這兩個(gè)對(duì)象也不能同時(shí)出現(xiàn)在集合中。
通常 Set 是不要求元素有序的,但也有一些有序的實(shí)現(xiàn),如 SortedMap 接口、LinkedHashSet 接口等。
概述
Set 的具體實(shí)現(xiàn)通常都是基于 Map 的。因?yàn)?Map 中鍵是唯一的,因而在基于 Map 實(shí)現(xiàn) Set 時(shí),只需要關(guān)心 Map 中的鍵,和鍵關(guān)聯(lián)的值不需要有意義,使用一個(gè)任意的對(duì)象“占位”即可。我們?cè)谇懊娣治?Map 中的迭代器時(shí),KeySet() 方法得到的就是一個(gè) Set。
前面我們分析過 Map 接口的幾個(gè)具體實(shí)現(xiàn),通用的實(shí)現(xiàn) HahsMap ,插入或訪問序的 LinkedHashMap , 按照鍵升序的 TreeMap。同樣,在 Set 的具體實(shí)現(xiàn)中,也有 HashSet 、 LinkedHashSet 和 TreeSet 等,分別和 Map 一一對(duì)應(yīng),它們的特性對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的 Map 實(shí)現(xiàn)的特性。下面基于 HashSet 的實(shí)現(xiàn)做一個(gè)簡略的介紹。
HashSet 的實(shí)現(xiàn)
public class HashSet<E> extends AbstractSet<E> implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable { static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L; private transient HashMap<E,Object> map; // Dummy value to associate with an Object in the backing Map private static final Object PRESENT = new Object(); public HashSet() { map = new HashMap<>(); } public HashSet(Collection<? extends E> c) { map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16)); addAll(c); } public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) { map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor); } public HashSet(int initialCapacity) { map = new HashMap<>(initialCapacity); } HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) { map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor); } }
從成員變量和構(gòu)造方法可以清楚地看到,內(nèi)部使用了一個(gè) HahsMap,同時(shí)定義了一個(gè)無意義的空的靜態(tài) Object 對(duì)象(占用8byte) PRESENT。既然 map 中和鍵關(guān)聯(lián)的值沒有意義,為什么不干脆使用 null 呢?我們看一下 add() 方法:
public boolean add(E e) { return map.put(e, PRESENT)==null; }
Map 的 put() 方法在添加一個(gè)新的鍵時(shí)會(huì)返回 null,在更新一個(gè)已經(jīng)存在的鍵關(guān)聯(lián)的值時(shí)會(huì)返回舊值。因而 Set 中的 add() 方法可以據(jù)此判斷新加入的元素是否改變了集合,如果改變了就返回 true。因而 PRESENT 不可以使用 null 。
其它的方法這里簡單地列一下,都是基于 map 實(shí)現(xiàn)的:
public boolean contains(Object o) { return map.containsKey(o); } public boolean remove(Object o) { return map.remove(o)==PRESENT; } public Iterator<E> iterator() { return map.keySet().iterator(); } public int size() { return map.size(); } public boolean isEmpty() { return map.isEmpty(); } public void clear() { map.clear(); } @SuppressWarnings("unchecked") public Object clone() { try { HashSet<E> newSet = (HashSet<E>) super.clone(); newSet.map = (HashMap<E, Object>) map.clone(); return newSet; } catch (CloneNotSupportedException e) { throw new InternalError(e); } } //序列化 private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException { // Write out any hidden serialization magic s.defaultWriteObject(); // Write out HashMap capacity and load factor s.writeInt(map.capacity()); s.writeFloat(map.loadFactor()); // Write out size s.writeInt(map.size()); // Write out all elements in the proper order. for (E e : map.keySet()) s.writeObject(e); } private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws java.io.IOException, ClassNotFoundException { // Read in any hidden serialization magic s.defaultReadObject(); // Read capacity and verify non-negative. int capacity = s.readInt(); if (capacity < 0) { throw new InvalidObjectException("Illegal capacity: " + capacity); } // Read load factor and verify positive and non NaN. float loadFactor = s.readFloat(); if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) { throw new InvalidObjectException("Illegal load factor: " + loadFactor); } // Read size and verify non-negative. int size = s.readInt(); if (size < 0) { throw new InvalidObjectException("Illegal size: " + size); } // Set the capacity according to the size and load factor ensuring that // the HashMap is at least 25% full but clamping to maximum capacity. capacity = (int) Math.min(size * Math.min(1 / loadFactor, 4.0f), HashMap.MAXIMUM_CAPACITY); // Create backing HashMap map = (((HashSet<?>)this) instanceof LinkedHashSet ? new LinkedHashMap<E,Object>(capacity, loadFactor) : new HashMap<E,Object>(capacity, loadFactor)); // Read in all elements in the proper order. for (int i=0; i<size; i++) { @SuppressWarnings("unchecked") E e = (E) s.readObject(); map.put(e, PRESENT); } }
小結(jié)
Set 的內(nèi)部通常是基于 Map 來實(shí)現(xiàn)的,Map 中的 Key 構(gòu)成了 Set,而 Value 全部使用一個(gè)無意義的 Object 。
Set 的特征與其內(nèi)部的 Set 的特征是一致的?;?HashMap 的 HashSet 是無序時(shí)的最佳通用實(shí)現(xiàn),基于 LinkedHashMap 的 LinkedHashSet 保留插入或訪問的順序,基于 TreeMap 的 TreeSet 可以按照元素升序排列,要求元素實(shí)現(xiàn) Comaprable 接口或自定義比較器。
HashSet , LinkedHashSet, TreeSet 都不是線程安全的,在多線程環(huán)境下使用時(shí)要注意同步問題。
CopyOnWriteArraySet 是一個(gè)線程安全的實(shí)現(xiàn),但是并不是基于 Map 實(shí)現(xiàn)的,而是通過 CopyOnWriteArrayList 實(shí)現(xiàn)的。使用 addIfAbsent() 方法進(jìn)行去重,性能比較一般。
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