HashSet和CopyOnWriteArraySet

前言

這篇文章的目的如下：

• HashSet是如何保證元素的不重複和無序
• HashSet的增删（改查？）原理
• CopyOnWriteArraySet支援并發的原理
• CopyOnWriteArraySet的增删（改查？）原理

如果不想看分析過程，可直接拉到文章末尾看結論

先來看看 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();
}      

我們從以上接口發現Set并沒有get和set方法，也就是沒有查和改，為什麼呢？原因如下：

• 因為Set是無序的，沒有通過index來進行查詢
• 同樣是因為Set是無序的，也就是沒有辦法通過Index來進行修改

1 HashSet如何保證元素不重複？

要弄清楚HashSet如何保證裡面的元素不重複，得從以下兩個方面入手：

• 它底層的存儲結構是什麼？
• 插入時是如何判斷元素是否存在？

當我們弄清楚上面兩個問題之後我們也可以明白HashSet為什麼是無序的了。

1）HashSet的底層存儲邏輯

且看源碼：

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<>();
    }
    ...
}      

我們可以看出來HashSet的底層存儲結構是一個HashMap，并且HashSet的元素作為該Map的Key進行存儲，HashMap的Key的存儲是無序并且不可重複，這就解釋了HashSet中如何保證元素不重複

2）插入邏輯

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

直接put到map當中

3）總結

由以上内容我們可以知道HashSet的底層存儲結構是HashMap，并且插入到HashSet中元素作為map的key進行存儲，這就保證HashSet的一下特點：

• HashSet中的元素不重複的
• HashSet中的元素是無序的

2 HashSet增删（改查？）原理

我們從上一小節了解到HashSet的底層存儲結構是HashMap，那麼它的增删也就是map的put和remove

1）增

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

直接put到map當中

2）删

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

直接在map中移除即可，非常簡單

3 CopyOnWriteArraySet為什麼能支援并發？

在搞清楚_CopyOnWriteArraySet為什麼能支援并發_ 這個問題之前，我們先來想想以下幾個問題：

• HashSet對應的并發類為什麼叫CopyOnWriteArraySet，而不是叫CopyOnWriteHashSet呢？
• CopyOnWriteArraySet和CopyOnWriteArrayList有沒有關系？

我想一旦我們弄清楚上面兩個問題我們就是知道 CopyOnWriteArraySet為什麼能支援并發？

了

先來看看CopyOnWriteArraySet的部分源碼：

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>();
    }
    ...
}      

從源碼中神奇地發現CopyOnWriteArraySet的底層存儲結構竟然是CopyOnWriteArrayList，那麼我們就可以知道它的名字的由來了，并且知道它支援并發的原理跟CopyOnWriteArrayList是一樣的。

附：CopyOnWriteArrayList原了解析

4 CopyOnWriteArraySet的增删（改查？）原理

1）增

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

看方法名我們就是如果CopyOnWriteArrayList中不存在某元素才會添加成功

2）删

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

直接從CopyOnWriteArrayList中移除

5 總結

• HashSet是如何保證元素的不重複和無序

答：因為HashSet的底層存儲結構是HashMap，并且HashSet中的元素是作為Map的Key存儲到Map中，是以HashMap中Key是不重複且無序，是以HashSet中的元素也就是不重複和無序的

• HashSet的增删（改查？）原理

HashSet的增删原理很簡單，就是map的put和remove，為什麼沒有改查呢？那是因為HashSet中的元素是無序的，沒辦法根據索引進行查詢和修改

• CopyOnWriteArraySet支援并發的原理

CopyOnWriteArraySet之是以叫CopyOnWriteArraySet，是因為它的底層存儲結構是CopyOnWriteArrayList，同時也就是保證了它的并發安全性

• CopyOnWriteArraySet的增删（改查？）原理