Java集合框架之LinkedHashSet详解

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前言

在Java开发中，集合类是非常常用的一种数据类型。而集合类中的Set集合是一种不允许重复元素的集合。在Set集合中，除了HashSet和TreeSet之外，还有一种集合类叫做LinkedHashSet。本文将会介绍LinkedHashSet的概念，源代码解析，应用场景案例，优缺点分析，类代码方法介绍以及测试用例。

摘要

LinkedHashSet是一种Set集合类，它是HashSet和LinkedHashMap的结合体。它既有HashSet的快速查找和不允许重复元素的特性，又有LinkedHashMap的有序性和迭代器的快速遍历特性。因此，在需要保持元素顺序的情况下，我们可以使用LinkedHashSet。

LinkedHashSet

简介

LinkedHashSet是Java集合框架中Set接口的实现类，它继承自HashSet，并且实现了Set接口。LinkedHashSet底层是通过一个由链表和哈希表组成的数据结构来实现的。其中，链表用于保证元素插入的顺序，而哈希表用于保证元素的唯一性。

与HashSet相比，LinkedHashSet可以保证元素的插入顺序，这是因为LinkedHashSet内部维护了一个链表来记录元素的插入顺序。与TreeSet相比，LinkedHashSet的元素不是按照自然排序或者指定的Comparator排序，而是按照插入顺序排序。

源代码解析

LinkedHashSet的源代码中，我们可以看到它实现了Set接口，并且继承了HashSet类，HashSet又继承了AbstractSet类。而AbstractSet类实现了Set接口中的一些方法。

LinkedHashSet的构造函数如下：

public LinkedHashSet() {
        super();
        map = new LinkedHashMap<>();
    }

public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        super();
        map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }

public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
        super();
        map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity);
    }

public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c) {
        super();
        map = new LinkedHashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
        addAll(c);
}

可以看到，LinkedHashSet提供了多个构造函数，允许用户指定不同的初始容量和负载因子。其中，最后一个构造函数会通过调用addAll方法来添加集合中的所有元素。

在这里插入图片描述

LinkedHashSet的主要方法如下：

public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
}

public boolean remove(Object o) {
        return map.remove(o)==PRESENT;
}

public void clear() {
        map.clear();
}

public Object clone() {
        LinkedHashSet<?> clone = (LinkedHashSet<?>) super.clone();
        clone.map = (LinkedHashMap<E,Object>) map.clone();
        return clone;
}

其中，add方法和remove方法都是通过调用LinkedHashMap中的put方法和remove方法来实现的。LinkedHashMap的put方法和remove方法都是基于哈希表实现的，而又通过双向链表来维护元素的插入顺序。

除此之外，LinkedHashSet还实现了Set接口中的一些方法，如contains、isEmpty、size等方法，这些方法都是基于LinkedHashMap来实现的。LinkedHashSet还提供了迭代器、并发修改异常等特性。

如下是部分源码截图：

在这里插入图片描述

应用场景案例

维护元素的顺序： 在需要维护元素插入顺序的情况下，可以使用LinkedHashSet。例如，在一个流式处理数据的应用中，需要对元素进行去重和排序操作。
避免并发修改异常： 在多线程程序中，使用LinkedHashSet可以避免并发修改异常。例如，在一个多线程爬虫程序中，需要对爬取到的URL进行去重操作，就可以使用LinkedHashSet来避免并发修改异常。

优缺点分析

优点

LinkedHashSet支持元素的快速查找和不允许重复元素的特性。
LinkedHashSet具有有序性，可以保证元素的插入顺序。
LinkedHashSet内部维护了一个链表，可以利用迭代器快速遍历元素。
使用LinkedHashSet可以避免并发修改异常。

缺点

LinkedHashSet的性能比HashSet略低，因为LinkedHashSet需要维护链表。
LinkedHashSet相对于TreeSet来说，缺少排序功能。

类代码方法介绍

构造函数

public LinkedHashSet();
public LinkedHashSet(int initialCapacity);
public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor);
public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c);

构造函数可以指定不同的初始容量和负载因子。

基本方法

public boolean add(E e);
public boolean remove(Object o);
public void clear();
public Object clone();

add方法和remove方法都是通过调用LinkedHashMap中的put方法和remove方法来实现的。
LinkedHashSet的clone方法会返回一个包含当前元素的拷贝集合。

Set接口方法

LinkedHashSet实现了Set接口中的一些方法，如contains、isEmpty、size等方法。

迭代器

LinkedHashSet支持迭代器，它继承了HashSet的迭代器，而HashSet的迭代器又继承了AbstractSet的迭代器。

以下是一个通过迭代器遍历LinkedHashSet中元素的例子：

// 创建一个LinkedHashSet
LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();

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

// 创建迭代器
Iterator<String> iterator = set.iterator();

// 遍历元素
while(iterator.hasNext()) {
    String element = iterator.next();
    System.out.println(element);
}

测试用例

测试代码

以下是一个使用LinkedHashSet的测试用例，该测试用例用于统计一段文本中每个单词出现的次数：

package com.example.javase.collection;

import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Scanner;

/**
 * @Author ms
 * @Date 2023-10-22 21:41
 */
public class LinkedHashSetTest {

    public static void main(String[] args) {
        // 读入文本
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        String text = scanner.nextLine();

        // 分割单词
        String[] words = text.split("\\s+");

        // 创建集合
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();

        // 统计每个单词出现的次数
        int[] count = new int[words.length];
        for (int i = 0; i < words.length; i++) {
            if (!set.contains(words[i])) {
                set.add(words[i]);
            }
            count[i] = 1;
            for (int j = i + 1; j < words.length; j++) {
                if (words[i].equals(words[j])) {
                    count[i]++;
                }
            }
        }

        // 输出结果
        System.out.println("单词\t出现次数");
        for (String word : set) {
            int sum = 0;
            for (int i = 0; i < words.length; i++) {
                if (word.equals(words[i])) {
                    sum += count[i];
                }
            }
            System.out.println(word + "\t" + sum);
        }
    }
}

演示结果

根据如上测试用例，本地测试结果如下，仅供参考，你们也可以自行修改测试用例或者添加更多的测试数据或测试方法，进行熟练学习以此加深理解。

在这里插入图片描述

代码分析

根据如上测试用例，在此我给大家进行深入详细的解读一下测试代码，以便于更多的同学能够理解并加深印象。这是一个使用 LinkedHashSet 统计给定文本中每个单词出现次数的程序。

首先通过 Scanner 读入文本，然后使用 split 方法将文本分割成单词数组。

接着创建一个 LinkedHashSet 集合，用于存储出现过的单词，并通过循环遍历单词数组，将每个单词存入集合中。

接下来，遍历单词数组，统计每个单词出现的次数。通过一个 count 数组记录每个单词的出现次数，count[i] 表示第 i 个单词的出现次数，初值为 1，然后再循环遍历之后的单词数组，如果找到了相同的单词，则将当前单词的出现次数加 1。

最后再次遍历集合中的每个单词，利用 count 数组计算每个单词出现的总次数，并输出结果。

全文小结

本文介绍了Java集合框架中的LinkedHashSet，包括概念、源代码解析、应用场景案例、优缺点分析、类代码方法介绍和测试用例。LinkedHashSet是一种既有HashSet的快速查找和不允许重复元素特性，又有LinkedHashMap的有序性和迭代器快速遍历特性的集合类。在需要保持元素顺序的情况下，我们可以使用LinkedHashSet。

总结

本文介绍了Java集合框架中的LinkedHashSet，它是一种既有HashSet的快速查找和不允许重复元素特性，又有LinkedHashMap的有序性和迭代器快速遍历特性的集合类。LinkedHashSet的底层是通过一个由链表和哈希表组成的数据结构来实现的，其中链表用于保证元素插入顺序，哈希表用于保证元素的唯一性。相比于HashSet，LinkedHashSet可以保证元素插入顺序；相比于TreeSet，LinkedHashSet的元素不是按照自然排序或者指定的Comparator排序，而是按照插入顺序排序。在需要维护元素插入顺序的情况下，我们可以使用LinkedHashSet。同时，使用LinkedHashSet可以避免并发修改异常。

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