前言

这篇文章的目的如下:

  • HashSet是如何保证元素的不重复和无序
  • HashSet的增删(改查?)原理
  • CopyOnWriteArraySet支持并发的原理
  • CopyOnWriteArraySet的增删(改查?)原理

如果不想看分析过程,可直接拉到文章末尾看结论

先来看看 Set接口

public interface Set<E> extends Collection<E> {

    int size();
boolean isEmpty();
boolean contains(Object o);
Object[] toArray();
<T> T[] toArray(T[] a);
boolean add(E e);
boolean remove(Object o);
boolean containsAll(Collection<?> c);
boolean addAll(Collection<? extends E> c);
boolean retainAll(Collection<?> c);
boolean removeAll(Collection<?> c);
boolean equals(Object o);
int hashCode();
}

我们从以上接口发现Set并没有get和set方法,也就是没有查和改,为什么呢?原因如下:

  • 因为Set是无序的,没有通过index来进行查询
  • 同样是因为Set是无序的,也就是没有办法通过Index来进行修改

1 HashSet如何保证元素不重复?

要弄清楚HashSet如何保证里面的元素不重复,得从以下两个方面入手:

  • 它底层的存储结构是什么?
  • 插入时是如何判断元素是否存在?

当我们弄清楚上面两个问题之后我们也可以明白HashSet为什么是无序的了。

1)HashSet的底层存储逻辑

且看源码:

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(); /**
* Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has
* default initial capacity (16) and load factor (0.75).
*/
public HashSet() {
map = new HashMap<>();
}
...
}

我们可以看出来HashSet的底层存储结构是一个HashMap,并且HashSet的元素作为该Map的Key进行存储,HashMap的Key的存储是无序并且不可重复,这就解释了HashSet中如何保证元素不重复

2)插入逻辑

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

直接put到map当中

3)总结

由以上内容我们可以知道HashSet的底层存储结构是HashMap,并且插入到HashSet中元素作为map的key进行存储,这就保证HashSet的一下特点:

  • HashSet中的元素不重复的
  • HashSet中的元素是无序的

2 HashSet增删(改查?)原理

我们从上一小节了解到HashSet的底层存储结构是HashMap,那么它的增删也就是map的put和remove

1)增

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

直接put到map当中

2)删

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

直接在map中移除即可,非常简单

3 CopyOnWriteArraySet为什么能支持并发?

在搞清楚CopyOnWriteArraySet为什么能支持并发 这个问题之前,我们先来想想以下几个问题:

  • HashSet对应的并发类为什么叫CopyOnWriteArraySet,而不是叫CopyOnWriteHashSet呢?
  • CopyOnWriteArraySet和CopyOnWriteArrayList有没有关系?

我想一旦我们弄清楚上面两个问题我们就是知道 CopyOnWriteArraySet为什么能支持并发?

先来看看CopyOnWriteArraySet的部分源码:

public class CopyOnWriteArraySet<E> extends AbstractSet<E>
implements java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = 5457747651344034263L; private final CopyOnWriteArrayList<E> al; /**
* Creates an empty set.
*/
public CopyOnWriteArraySet() {
al = new CopyOnWriteArrayList<E>();
}
...
}

从源码中神奇地发现CopyOnWriteArraySet的底层存储结构竟然是CopyOnWriteArrayList,那么我们就可以知道它的名字的由来了,并且知道它支持并发的原理跟CopyOnWriteArrayList是一样的。

附:CopyOnWriteArrayList原理解析

4 CopyOnWriteArraySet的增删(改查?)原理

1)增

public boolean add(E e) {
return al.addIfAbsent(e);
}

看方法名我们就是如果CopyOnWriteArrayList中不存在某元素才会添加成功

2)删

public boolean remove(Object o) {
return al.remove(o);
}

直接从CopyOnWriteArrayList中移除

5 总结

  • HashSet是如何保证元素的不重复和无序

答:因为HashSet的底层存储结构是HashMap,并且HashSet中的元素是作为Map的Key存储到Map中,所以HashMap中Key是不重复且无序,所以HashSet中的元素也就是不重复和无序的

  • HashSet的增删(改查?)原理

HashSet的增删原理很简单,就是map的put和remove,为什么没有改查呢?那是因为HashSet中的元素是无序的,没办法根据索引进行查询和修改

  • CopyOnWriteArraySet支持并发的原理

CopyOnWriteArraySet之所以叫CopyOnWriteArraySet,是因为它的底层存储结构是CopyOnWriteArrayList,同时也就是保证了它的并发安全性

  • CopyOnWriteArraySet的增删(改查?)原理

CopyOnWriteArraySet继承了AbstractSet,跟HashSet一样只有增删,没有改查,增删原理也就是调用CopyOnWriteArrayList的增删方法,只不过增的时候需要判断一下List中是否存储该元素

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