HashSet和CopyOnWriteArraySet

Posted 2021-03-25 lgjava

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

 1 public interface Set<E> extends Collection<E> {
 2  
 3     int size();
 4     boolean isEmpty();
 5     boolean contains(Object o);
 6     Object[] toArray();
 7     <T> T[] toArray(T[] a);
 8     boolean add(E e);
 9     boolean remove(Object o);
10     boolean containsAll(Collection<?> c);
11     boolean addAll(Collection<? extends E> c);
12     boolean retainAll(Collection<?> c);
13     boolean removeAll(Collection<?> c);
14     boolean equals(Object o);
15     int hashCode();
16 }

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：

 1 public class HashSet<E>
 2     extends AbstractSet<E>
 3     implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable{
 4     static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;
 5 
 6     private transient HashMap<E,Object> map;
 7 
 8     // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
 9     private static final Object PRESENT = new Object();
10 
11     /**
12      * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has
13      * default initial capacity (16) and load factor (0.75).
14      */
15     public HashSet() {
16         map = new HashMap<>();
17     }
18     ...
19 }

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？
了

先来看看CopyOnWriteArraySet的部分源码：

 1 public class CopyOnWriteArraySet<E> extends AbstractSet<E>
 2         implements java.io.Serializable {
 3     private static final long serialVersionUID = 5457747651344034263L;
 4 
 5     private final CopyOnWriteArrayList<E> al;
 6 
 7     /**
 8      * Creates an empty set.
 9      */
10     public CopyOnWriteArraySet() {
11         al = new CopyOnWriteArrayList<E>();
12     }
13     ...
14 }

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