LinkedHashSet<E>

LinkedHashSet<E> 是 Java 集合框架中的一个类，它继承自 HashSet<E>，同时实现了 Set<E> 接口。LinkedHashSet 结合了哈希表和链表的特性，既能够保证元素的唯一性，又能维护元素的插入顺序。以下将从多个方面详细介绍 LinkedHashSet<E> 类。

类定义与继承关系

LinkedHashSet<E> 类的定义如下：

public class LinkedHashSet<E> extends HashSet<E> implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable

继承自 HashSet<E>，复用了 HashSet 的部分实现逻辑。
实现了 Set<E> 接口，表明它存储的元素是唯一的。
实现了 Cloneable 接口，意味着该类的实例可以被克隆。
实现了 java.io.Serializable 接口，表明该类的对象可以被序列化。

底层实现原理

LinkedHashSet 底层基于 LinkedHashMap 实现。LinkedHashMap 是 HashMap 的子类，它在 HashMap 的基础上维护了一个双向链表，用于记录元素的插入顺序。在 LinkedHashSet 中，元素作为 LinkedHashMap 的键，而 LinkedHashMap 的值统一使用一个静态的 PRESENT 对象。

主要特性

元素唯一性：和 HashSet 一样，LinkedHashSet 不允许存储重复元素。判断元素是否重复依赖于元素的 hashCode() 和 equals() 方法。
插入顺序维护：LinkedHashSet 会按照元素的插入顺序来维护元素，即遍历 LinkedHashSet 时，元素的顺序与插入顺序一致。
允许 null 元素：LinkedHashSet 允许存储一个 null 元素。

常用构造方法

LinkedHashSet()：创建一个空的 LinkedHashSet，初始容量为 16，负载因子为 0.75。

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();
    }
}

LinkedHashSet(Collection<? extends E> c)：创建一个包含指定集合中所有元素的 LinkedHashSet。

import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.List;

public class LinkedHashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>(list);
    }
}

LinkedHashSet(int initialCapacity)：创建一个具有指定初始容量的空 LinkedHashSet，负载因子为 0.75。

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>(20);
    }
}

LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor)：创建一个具有指定初始容量和负载因子的空 LinkedHashSet。

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>(20, 0.8f);
    }
}

常用方法

LinkedHashSet 继承了 HashSet 的方法，常用方法如下：

boolean add(E e)：如果指定元素不存在于集合中，则将其添加到集合中，添加成功返回 true，否则返回 false。

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();
        boolean result = set.add("apple");
        System.out.println(result); // 输出 true
        result = set.add("apple");
        System.out.println(result); // 输出 false
    }
}

boolean remove(Object o)：如果集合中存在指定元素，则将其移除，移除成功返回 true，否则返回 false。

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();
        set.add("apple");
        boolean result = set.remove("apple");
        System.out.println(result); // 输出 true
    }
}

boolean contains(Object o)：判断集合中是否包含指定元素，包含返回 true，否则返回 false。

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();
        set.add("apple");
        boolean result = set.contains("apple");
        System.out.println(result); // 输出 true
    }
}

int size()：返回集合中元素的数量。

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();
        set.add("apple");
        set.add("banana");
        int size = set.size();
        System.out.println(size); // 输出 2
    }
}

void clear()：移除集合中的所有元素。

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();
        set.add("apple");
        set.clear();
        System.out.println(set.size()); // 输出 0
    }
}

遍历方式

和 HashSet 类似，LinkedHashSet 也有多种遍历方式：

迭代器（Iterator）：

import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();
        set.add("apple");
        set.add("banana");
        Iterator<String> iterator = set.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String element = iterator.next();
            System.out.println(element);
        }
    }
}

增强 for 循环：

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();
        set.add("apple");
        set.add("banana");
        for (String element : set) {
            System.out.println(element);
        }
    }
}

Java 8 的 forEach 方法结合 Lambda 表达式：

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();
        set.add("apple");
        set.add("banana");
        set.forEach(element -> System.out.println(element));
    }
}

性能分析

插入和查找操作：LinkedHashSet 的插入和查找操作的平均时间复杂度为 $O(1)$ ，因为它基于哈希表实现。不过，由于需要维护链表来记录插入顺序，其性能略低于 HashSet。
空间复杂度：LinkedHashSet 的空间复杂度为 $O(n)$ ，其中 $n$ 是集合中元素的数量。

注意事项

元素的 hashCode() 和 equals() 方法：为了确保 LinkedHashSet 能够正确判断元素是否重复，存储在 LinkedHashSet 中的元素必须正确重写 hashCode() 和 equals() 方法。
线程安全：LinkedHashSet 不是线程安全的。如果需要在多线程环境下使用，可以使用 Collections.synchronizedSet() 方法将其转换为线程安全的集合。