揭秘 Java LinkedHashSet：从源码洞察其使用原理

揭秘 Java LinkedHashSet：从源码洞察其使用原理

一、引言

在 Java 编程的广阔天地里，集合框架犹如一座丰富的宝库，为开发者提供了众多实用的数据结构和工具。其中，LinkedHashSet 作为一个独特的集合实现，以其有序性和不允许重复元素的特性，在许多场景中发挥着重要作用。对于开发者而言，深入理解 LinkedHashSet 的使用原理，不仅能够更加高效地运用它解决实际问题，还能对 Java 集合框架的设计思想有更深刻的认识。本文将深入到 LinkedHashSet 的源码层面，详细剖析其内部结构、核心方法的实现原理以及性能特点，带领读者全面了解 LinkedHashSet 的奥秘。

二、LinkedHashSet 概述

2.1 基本概念

LinkedHashSet 是 Java 集合框架中的一个类，它继承自 HashSet 并实现了 Set 接口。与普通的 HashSet 不同，LinkedHashSet 维护了一个双向链表，用于记录元素的插入顺序或者访问顺序（默认是插入顺序）。这意味着，当你遍历 LinkedHashSet 时，元素将按照它们被插入的顺序依次出现，而不是像 HashSet 那样无序。同时，和 HashSet 一样，LinkedHashSet 不允许存储重复的元素，当尝试向 LinkedHashSet 中添加一个已经存在的元素时，添加操作将失败。

2.2 继承关系与接口实现

从类的继承关系和接口实现角度来看，LinkedHashSet 的定义如下：

// 继承自 HashSet 类，实现了 Set、Cloneable 和 Serializable 接口
public class LinkedHashSet<E>
    extends HashSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    // 类的具体实现将在后续详细分析
}

可以看到，LinkedHashSet 继承自 HashSet，这意味着它可以复用 HashSet 的许多功能和实现。同时，它实现了 Set 接口，具备集合的基本功能，如添加元素、删除元素、判断元素是否存在等；实现了 Cloneable 接口，支持对象的克隆操作；实现了 Serializable 接口，支持对象的序列化和反序列化。

2.3 与其他集合的对比

与其他常见的集合实现（如 HashSet 和 TreeSet）相比，LinkedHashSet 具有以下特点：

• 不允许重复元素：和 HashSet 一样，LinkedHashSet 不允许存储重复的元素，当尝试添加重复元素时，添加操作将失败。
• 有序性：LinkedHashSet 维护了一个双向链表，用于记录元素的插入顺序（默认），因此在遍历 LinkedHashSet 时，元素将按照插入顺序依次出现。而 HashSet 不保证元素的存储顺序，TreeSet 则按照元素的自然顺序或指定的比较器顺序对元素进行排序。
• 性能特点：LinkedHashSet 的插入、删除和查找操作的时间复杂度与 HashSet 相同，平均为 $O(1)$。但由于需要维护双向链表，LinkedHashSet 的空间开销相对 HashSet 会略大一些。

三、LinkedHashSet 的内部结构

3.1 核心属性

LinkedHashSet 类本身并没有定义太多的核心属性，因为它继承自 HashSet，主要依赖于 HashSet 内部的 HashMap 来存储元素。不过，由于 LinkedHashSet 维护了一个双向链表，实际上它使用的是 LinkedHashMap 而不是普通的 HashMap。下面是相关的源码及注释：

// LinkedHashSet 继承自 HashSet，在构造函数中会创建一个 LinkedHashMap 实例
public class LinkedHashSet<E>
    extends HashSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    // 无参构造函数，初始化一个空的 LinkedHashSet
    public LinkedHashSet() {
        // 调用父类 HashSet 的构造函数，创建一个初始容量为 16，加载因子为 0.75 的 LinkedHashMap 实例
        super(16, .75f, true);
    }

    // 带初始容量的构造函数，初始化一个具有指定初始容量的 LinkedHashSet
    public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
        // 调用父类 HashSet 的构造函数，创建一个具有指定初始容量，加载因子为 0.75 的 LinkedHashMap 实例
        super(initialCapacity, .75f, true);
    }

    // 带初始容量和加载因子的构造函数，初始化一个具有指定初始容量和加载因子的 LinkedHashSet
    public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        // 调用父类 HashSet 的构造函数，创建一个具有指定初始容量和加载因子的 LinkedHashMap 实例
        super(initialCapacity, loadFactor, true);
    }

    // 带集合参数的构造函数，初始化一个包含指定集合中所有元素的 LinkedHashSet
    public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c) {
        // 调用父类 HashSet 的构造函数，创建一个初始容量足够大的 LinkedHashMap 实例，以容纳指定集合中的所有元素
        super(Math.max(2*c.size(), 11), .75f, true);
        // 将指定集合中的所有元素添加到 LinkedHashSet 中
        addAll(c);
    }
}

// HashSet 中用于创建 LinkedHashMap 的构造函数
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
    // 创建一个具有指定初始容量和加载因子的 LinkedHashMap 实例
    map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}

从上述源码可以看出，LinkedHashSet 在构造函数中调用了 HashSet 的特定构造函数，创建了一个 LinkedHashMap 实例。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或访问顺序。

3.2 数据存储结构

LinkedHashSet 基于 LinkedHashMap 实现，LinkedHashMap 是一种哈希表结构，它通过哈希函数将键映射到哈希表的特定位置。在 LinkedHashMap 中，每个位置可以存储一个或多个键值对，当多个键通过哈希函数映射到同一个位置时，会发生哈希冲突。LinkedHashMap 通常使用链表或红黑树来解决哈希冲突，同时它还维护了一个双向链表，用于记录元素的插入顺序或访问顺序。在 LinkedHashSet 中，元素作为 LinkedHashMap 的键存储，所有键对应的值都是一个静态常量对象 PRESENT。

3.3 初始化过程

LinkedHashSet 的构造函数有多种重载形式，下面分别介绍不同构造函数的源码及注释。

3.3.1 无参构造函数

// 无参构造函数，初始化一个空的 LinkedHashSet
public LinkedHashSet() {
    // 调用父类 HashSet 的构造函数，创建一个初始容量为 16，加载因子为 0.75 的 LinkedHashMap 实例
    super(16, .75f, true);
}

在无参构造函数中，调用了 HashSet 的构造函数，创建了一个初始容量为 16，加载因子为 0.75 的 LinkedHashMap 实例。

3.3.2 带初始容量的构造函数

// 带初始容量的构造函数，初始化一个具有指定初始容量的 LinkedHashSet
public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
    // 调用父类 HashSet 的构造函数，创建一个具有指定初始容量，加载因子为 0.75 的 LinkedHashMap 实例
    super(initialCapacity, .75f, true);
}

在带初始容量的构造函数中，调用了 HashSet 的构造函数，创建了一个具有指定初始容量，加载因子为 0.75 的 LinkedHashMap 实例。

3.3.3 带初始容量和加载因子的构造函数

// 带初始容量和加载因子的构造函数，初始化一个具有指定初始容量和加载因子的 LinkedHashSet
public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
    // 调用父类 HashSet 的构造函数，创建一个具有指定初始容量和加载因子的 LinkedHashMap 实例
    super(initialCapacity, loadFactor, true);
}

在带初始容量和加载因子的构造函数中，调用了 HashSet 的构造函数，创建了一个具有指定初始容量和加载因子的 LinkedHashMap 实例。

3.3.4 带集合参数的构造函数

// 带集合参数的构造函数，初始化一个包含指定集合中所有元素的 LinkedHashSet
public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c) {
    // 调用父类 HashSet 的构造函数，创建一个初始容量足够大的 LinkedHashMap 实例，以容纳指定集合中的所有元素
    super(Math.max(2*c.size(), 11), .75f, true);
    // 将指定集合中的所有元素添加到 LinkedHashSet 中
    addAll(c);
}

在带集合参数的构造函数中，首先调用 HashSet 的构造函数，创建一个初始容量足够大的 LinkedHashMap 实例，以容纳指定集合中的所有元素，然后调用 addAll 方法将指定集合中的所有元素添加到 LinkedHashSet 中。

四、基本操作的源码分析

4.1 添加操作

4.1.1 add(E e) 方法

add(E e) 方法用于向 LinkedHashSet 中添加一个元素。由于 LinkedHashSet 继承自 HashSet，实际上调用的是 HashSet 的 add 方法，而 HashSet 的 add 方法又调用了 LinkedHashMap 的 put 方法。以下是相关的源码及注释：

// LinkedHashSet 中调用的 add 方法，实际上是父类 HashSet 的 add 方法
public boolean add(E e) {
    // 调用父类 HashSet 的 add 方法，将元素作为键，PRESENT 作为值插入到 LinkedHashMap 中
    // 如果该键已经存在于 LinkedHashMap 中，put 方法将返回旧值，否则返回 null
    // 如果返回 null，说明元素成功添加到 LinkedHashSet 中，返回 true；否则返回 false
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}

// HashSet 中的 add 方法
public boolean add(E e) {
    // 调用 LinkedHashMap 的 put 方法，将元素作为键，PRESENT 作为值插入到 LinkedHashMap 中
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}

// LinkedHashMap 中的 put 方法，实际上调用的是 HashMap 的 put 方法
public V put(K key, V value) {
    // 调用 HashMap 的 putVal 方法，将键值对插入到 LinkedHashMap 中
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

// HashMap 中的 putVal 方法
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    // 如果哈希表为空或者长度为 0，进行扩容操作
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    // 如果指定位置为空，直接创建一个新节点
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        // 如果指定位置不为空，处理哈希冲突
        Node<K,V> e; K k;
        // 如果第一个节点的键和要插入的键相同
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        // 如果第一个节点是树节点
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            // 遍历链表
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                // 如果到达链表末尾
                if ((e = p.next) == null) {
                    // 创建一个新节点并插入到链表末尾
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    // 如果链表长度达到树化阈值，将链表转换为红黑树
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                // 如果找到相同键的节点
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        // 如果找到了相同键的节点
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            // 访问后回调，用于 LinkedHashMap 维护访问顺序
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    // 记录结构修改次数
    ++modCount;
    // 如果元素数量超过阈值，进行扩容操作
    if (++size > threshold)
        resize();
    // 插入后回调，用于 LinkedHashMap 维护插入顺序
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

在 add 方法中，首先调用 LinkedHashMap 的 put 方法，将元素作为键，PRESENT 作为值插入到 LinkedHashMap 中。在 putVal 方法中，会先判断哈希表是否为空，如果为空则进行扩容操作。然后根据哈希值找到对应的位置，如果该位置为空，则直接创建一个新节点；如果不为空，则处理哈希冲突。如果找到相同键的节点，则更新其值，并调用 afterNodeAccess 方法（用于维护访问顺序）；如果没有找到相同键的节点，则创建一个新节点并插入到链表末尾，如果链表长度达到树化阈值，则将链表转换为红黑树。最后，如果元素数量超过阈值，则进行扩容操作，并调用 afterNodeInsertion 方法（用于维护插入顺序）。

4.1.2 addAll(Collection<? extends E> c) 方法

addAll(Collection<? extends E> c) 方法用于将指定集合中的所有元素添加到 LinkedHashSet 中。同样，它调用的是 HashSet 的 addAll 方法。以下是相关的源码及注释：

// LinkedHashSet 中调用的 addAll 方法，实际上是父类 HashSet 的 addAll 方法
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    // 标记是否有元素被添加到 LinkedHashSet 中
    boolean modified = false;
    // 遍历指定集合中的每个元素
    for (E e : c)
        // 调用 add 方法将元素添加到 LinkedHashSet 中
        // 如果元素成功添加，将 modified 标记为 true
        if (add(e))
            modified = true;
    return modified;
}

// HashSet 中的 addAll 方法
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
    // 标记是否有元素被添加到 HashSet 中
    boolean modified = false;
    // 遍历指定集合中的每个元素
    for (E e : c)
        // 调用 add 方法将元素添加到 HashSet 中
        // 如果元素成功添加，将 modified 标记为 true
        if (add(e))
            modified = true;
    return modified;
}

在 addAll 方法中，遍历指定集合中的每个元素，调用 add 方法将元素添加到 LinkedHashSet 中。如果有元素成功添加，将 modified 标记为 true，最后返回 modified。

4.2 删除操作

4.2.1 remove(Object o) 方法

remove(Object o) 方法用于从 LinkedHashSet 中移除指定的元素。它调用的是 HashSet 的 remove 方法，而 HashSet 的 remove 方法又调用了 LinkedHashMap 的 remove 方法。以下是相关的源码及注释：

// LinkedHashSet 中调用的 remove 方法，实际上是父类 HashSet 的 remove 方法
public boolean remove(Object o) {
    // 调用父类 HashSet 的 remove 方法，移除指定键对应的键值对
    // 如果该键存在于 LinkedHashMap 中，remove 方法将返回旧值，否则返回 null
    // 如果返回值不为 null，说明元素成功从 LinkedHashSet 中移除，返回 true；否则返回 false
    return map.remove(o)==PRESENT;
}

// HashSet 中的 remove 方法
public boolean remove(Object o) {
    // 调用 LinkedHashMap 的 remove 方法，移除指定键对应的键值对
    return map.remove(o)==PRESENT;
}

// LinkedHashMap 中的 remove 方法，实际上调用的是 HashMap 的 remove 方法
public V remove(Object key) {
    Node<K,V> e;
    // 调用 HashMap 的 removeNode 方法，移除指定键对应的键值对
    return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
        null : e.value;
}

// HashMap 中的 removeNode 方法
final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
                           boolean matchValue, boolean movable) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
    // 如果哈希表不为空且指定位置有节点
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
        Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
        // 如果第一个节点的键和要移除的键相同
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            node = p;
        else if ((e = p.next) != null) {
            // 如果第一个节点是树节点
            if (p instanceof TreeNode)
                node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
            else {
                // 遍历链表
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key ||
                         (key != null && key.equals(k)))) {
                        node = e;
                        break;
                    }
                    p = e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        // 如果找到了要移除的节点
        if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                             (value != null && value.equals(v)))) {
            // 如果是树节点，调用树节点的移除方法
            if (node instanceof TreeNode)
                ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
            // 如果是第一个节点，将下一个节点作为该位置的头节点
            else if (node == p)
                tab[index] = node.next;
            // 否则，调整链表引用关系
            else
                p.next = node.next;
            // 记录结构修改次数
            ++modCount;
            // 减少元素数量
            --size;
            // 移除后回调，用于 LinkedHashMap 维护链表顺序
            afterNodeRemoval(node);
            return node;
        }
    }
    return null;
}

在 remove 方法中，首先调用 LinkedHashMap 的 remove 方法，该方法又调用了 HashMap 的 removeNode 方法。在 removeNode 方法中，会先根据哈希值找到对应的位置，然后判断该位置的第一个节点是否是要移除的节点，如果是则直接移除；如果不是，则遍历链表或红黑树找到要移除的节点。找到节点后，根据节点类型（链表节点或树节点）进行相应的移除操作，并调整链表或树的结构。最后，调用 afterNodeRemoval 方法（用于维护链表顺序），并返回移除的节点。

4.2.2 removeAll(Collection<?> c) 方法

removeAll(Collection<?> c) 方法用于从 LinkedHashSet 中移除指定集合中包含的所有元素。它调用的是 HashSet 的 removeAll 方法。以下是相关的源码及注释：

// LinkedHashSet 中调用的 removeAll 方法，实际上是父类 HashSet 的 removeAll 方法
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
    // 检查输入的集合是否为 null，如果为 null 则抛出 NullPointerException 异常
    Objects.requireNonNull(c);
    // 标记是否有元素被从 LinkedHashSet 中移除
    boolean modified = false;
    // 如果 LinkedHashSet 的大小大于指定集合的大小
    if (size() > c.size()) {
        // 遍历指定集合中的每个元素
        for (Object e : c)
            // 调用 remove 方法移除该元素
            // 如果元素成功移除，将 modified 标记为 true
            if (remove(e))
                modified = true;
    } else {
        // 如果 LinkedHashSet 的大小小于等于指定集合的大小
        // 遍历 LinkedHashSet 中的每个元素
        for (Iterator<?> i = iterator(); i.hasNext(); ) {
            // 如果指定集合包含该元素
            if (c.contains(i.next())) {
                // 调用迭代器的 remove 方法移除该元素
                i.remove();
                // 将 modified 标记为 true
                modified = true;
            }
        }
    }
    return modified;
}

// HashSet 中的 removeAll 方法
public boolean removeAll(Collection<?> c) {
    // 检查输入的集合是否为 null，如果为 null 则抛出 NullPointerException 异常
    Objects.requireNonNull(c);
    // 标记是否有元素被从 HashSet 中移除
    boolean modified = false;
    // 如果 HashSet 的大小大于指定集合的大小
    if (size() > c.size()) {
        // 遍历指定集合中的每个元素
        for (Object e : c)
            // 调用 remove 方法移除该元素
            // 如果元素成功移除，将 modified 标记为 true
            if (remove(e))
                modified = true;
    } else {
        // 如果 HashSet 的大小小于等于指定集合的大小
        // 遍历 HashSet 中的每个元素
        for (Iterator<?> i = iterator(); i.hasNext(); ) {
            // 如果指定集合包含该元素
            if (c.contains(i.next())) {
                // 调用迭代器的 remove 方法移除该元素
                i.remove();
                // 将 modified 标记为 true
                modified = true;
            }
        }
    }
    return modified;
}

在 removeAll 方法中，首先检查输入的集合是否为 null，如果为 null 则抛出 NullPointerException 异常。然后根据 LinkedHashSet 的大小和指定集合的大小选择不同的遍历方式。如果 LinkedHashSet 的大小大于指定集合的大小，遍历指定集合中的每个元素，调用 remove 方法移除该元素；如果 LinkedHashSet 的大小小于等于指定集合的大小，遍历 LinkedHashSet 中的每个元素，如果指定集合包含该元素，调用迭代器的 remove 方法移除该元素。最后返回 modified 标记。

4.2.3 clear() 方法

clear() 方法用于清空 LinkedHashSet 中的所有元素。它调用的是 HashSet 的 clear 方法，而 HashSet 的 clear 方法又调用了 LinkedHashMap 的 clear 方法。以下是相关的源码及注释：

// LinkedHashSet 中调用的 clear 方法，实际上是父类 HashSet 的 clear 方法
public void clear() {
    // 调用父类 HashSet 的 clear 方法，清空 LinkedHashMap 中的所有键值对
    map.clear();
}

// HashSet 中的 clear 方法
public void clear() {
    // 调用 LinkedHashMap 的 clear 方法，清空 LinkedHashMap 中的所有键值对
    map.clear();
}

// LinkedHashMap 中的 clear 方法
public void clear() {
    // 调用 HashMap 的 clear 方法，清空哈希表中的所有节点
    super.clear();
    // 将双向链表的头节点和尾节点置为 null
    head = tail = null;
}

// HashMap 中的 clear 方法
public void clear() {
    Node<K,V>[] tab;
    modCount++;
    // 如果哈希表不为空
    if ((tab = table) != null && size > 0) {
        // 将哈希表的大小置为 0
        size = 0;
        // 遍历哈希表，将每个位置的节点置为 null
        for (int i = 0; i < tab.length; ++i)
            tab[i] = null;
    }
}

在 clear 方法中，首先调用 LinkedHashMap 的 clear 方法，该方法又调用了 HashMap 的 clear 方法。在 HashMap 的 clear 方法中，会将哈希表的大小置为 0，并将每个位置的节点置为 null。在 LinkedHashMap 的 clear 方法中，除了调用 HashMap 的 clear 方法外，还会将双向链表的头节点和尾节点置为 null。

4.3 查找操作

4.3.1 contains(Object o) 方法

contains(Object o) 方法用于检查 LinkedHashSet 中是否包含指定的元素。它调用的是 HashSet 的 contains 方法，而 HashSet 的 contains 方法又调用了 LinkedHashMap 的 containsKey 方法。以下是相关的源码及注释：

// LinkedHashSet 中调用的 contains 方法，实际上是父类 HashSet 的 contains 方法
public boolean contains(Object o) {
    // 调用父类 HashSet 的 contains 方法，检查 LinkedHashMap 中是否包含指定的键
    // 如果包含，说明 LinkedHashSet 中包含该元素，返回 true；否则返回 false
    return map.containsKey(o);
}

// HashSet 中的 contains 方法
public boolean contains(Object o) {
    // 调用 LinkedHashMap 的 containsKey 方法，检查 LinkedHashMap 中是否包含指定的键
    return map.containsKey(o);
}

// LinkedHashMap 中的 containsKey 方法，实际上调用的是 HashMap 的 containsKey 方法
public boolean containsKey(Object key) {
    // 调用 HashMap 的 getNode 方法，查找指定键对应的节点
    return getNode(hash(key), key) != null;
}

// HashMap 中的 getNode 方法
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
    // 如果哈希表不为空且指定位置有节点
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
        // 如果第一个节点的键和要查找的键相同
        if (first.hash == hash && // always check first node
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
        if ((e = first.next) != null) {
            // 如果第一个节点是树节点
            if (first instanceof TreeNode)
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            // 遍历链表
            do {
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    return null;
}

在 contains 方法中，首先调用 LinkedHashMap 的 containsKey 方法，该方法又调用了 HashMap 的 getNode 方法。在 getNode 方法中，会先根据哈希值找到对应的位置，然后判断该位置的第一个节点是否是要查找的节点，如果是则直接返回；如果不是，则遍历链表或红黑树找到要查找的节点。如果找到节点，则返回该节点；否则返回 null。

4.4 其他操作

4.4.1 size() 方法

size() 方法用于返回 LinkedHashSet 中元素的数量。它调用的是 HashSet 的 size 方法，而 HashSet 的 size 方法又调用了 LinkedHashMap 的 size 方法。以下是相关的源码及注释：

// LinkedHashSet 中调用的 size 方法，实际上是父类 HashSet 的 size 方法
public int size() {
    // 调用父类 HashSet 的 size 方法，返回 LinkedHashMap 中键值对的数量，即 LinkedHashSet 中元素的数量
    return map.size();
}

// HashSet 中的 size 方法
public int size() {
    // 调用 LinkedHashMap 的 size 方法，返回 LinkedHashMap 中键值对的数量
    return map.size();
}

// LinkedHashMap 中的 size 方法，实际上调用的是 HashMap 的 size 方法
public int size() {
    // 调用 HashMap 的 size 方法，返回哈希表中键值对的数量
    return size;
}

在 size 方法中，调用 LinkedHashMap 的 size 方法，该方法返回 HashMap 中键值对的数量，也就是 LinkedHashSet 中元素的数量。

4.4.2 isEmpty() 方法

isEmpty() 方法用于检查 LinkedHashSet 是否为空。它调用的是 HashSet 的 isEmpty 方法，而 HashSet 的 isEmpty 方法又调用了 LinkedHashMap 的 isEmpty 方法。以下是相关的源码及注释：

// LinkedHashSet 中调用的 isEmpty 方法，实际上是父类 HashSet 的 isEmpty 方法
public boolean isEmpty() {
    // 调用父类 HashSet 的 isEmpty 方法，检查 LinkedHashMap 是否为空
    // 如果为空，说明 LinkedHashSet 为空，返回 true；否则返回 false
    return map.isEmpty();
}

// HashSet 中的 isEmpty 方法
public boolean isEmpty() {
    // 调用 LinkedHashMap 的 isEmpty 方法，检查 LinkedHashMap 是否为空
    return map.isEmpty();
}

// LinkedHashMap 中的 isEmpty 方法，实际上调用的是 HashMap 的 isEmpty 方法
public boolean isEmpty() {
    // 调用 HashMap 的 isEmpty 方法，检查哈希表中键值对的数量是否为 0
    return size == 0;
}

在 isEmpty 方法中，调用 LinkedHashMap 的 isEmpty 方法，该方法检查 HashMap 中键值对的数量是否为 0，如果为 0 则返回 true，表示 LinkedHashSet 为空；否则返回 false。

4.4.3 iterator() 方法

iterator() 方法用于返回一个迭代器，用于遍历 LinkedHashSet 中的元素。由于 LinkedHashSet 维护了一个双向链表，因此迭代器会按照元素的插入顺序依次遍历元素。它调用的是 HashSet 的 iterator 方法，而 HashSet 的 iterator 方法又调用了 LinkedHashMap 的 keySet().iterator() 方法。以下是相关的源码及注释：

// LinkedHashSet 中调用的 iterator 方法，实际上是父类 HashSet 的 iterator 方法
public Iterator<E> iterator() {
    // 调用父类 HashSet 的 iterator 方法，返回 LinkedHashMap 键集合的迭代器
    return map.keySet().iterator();
}

// HashSet 中的 iterator 方法
public Iterator<E> iterator() {
    // 调用 LinkedHashMap 的 keySet 方法返回键集合，然后调用键集合的 iterator 方法返回迭代器
    return map.keySet().iterator();
}

// LinkedHashMap 中的 keySet 方法，返回键集合
public Set<K> keySet() {
    // 获取键集合对象，如果键集合对象为 null，则创建一个新的键集合对象
    Set<K> ks = keySet;
    if (ks == null) {
        ks = new LinkedKeySet();
        keySet = ks;
    }
    return ks;
}

// LinkedHashMap 中 LinkedKeySet 类的定义
final class LinkedKeySet extends AbstractSet<K> {
    // 返回键集合中元素的数量
    public final int size()                 { return size; }
    // 清空键集合中的所有元素
    public final void clear()               { LinkedHashMap.this.clear(); }
    // 返回一个迭代器，用于遍历键集合中的元素
    public final Iterator<K> iterator()     { return new LinkedKeyIterator(); }
    // 检查键集合中是否包含指定的元素
    public final boolean contains(Object o) { return containsKey(o); }
    // 从键集合中移除指定的元素
    public final boolean remove(Object key) {
        return removeNode(hash(key), key, null, false, true) != null;
    }
    // 返回一个可分割迭代器，用于并行遍历键集合中的元素
    public final Spliterator<K> spliterator()  {
        return Spliterators.spliterator(this, Spliterator.SIZED |
                                        Spliterator.ORDERED |
                                        Spliterator.DISTINCT);
    }
    // 对键集合中的每个元素执行指定的操作
    public final void forEach(Consumer<? super K> action) {
        if (action == null)
            throw new NullPointerException();
        int mc = modCount;
        for (LinkedHashMap.Entry<K,V> e = head; e != null; e = e.after)
            action.accept(e.key);
        if (modCount != mc)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

// LinkedHashMap 中 LinkedKeyIterator 类的定义，继承自 LinkedHashIterator
final class LinkedKeyIterator extends LinkedHashIterator
    implements Iterator<K> {
    // 返回下一个键元素
    public final K next() { return nextNode().key; }
}

// LinkedHashMap 中 LinkedHashIterator 类的定义
abstract class LinkedHashIterator {
    // 下一个要返回的节点
    LinkedHashMap.Entry<K,V> next;
    // 当前节点
    LinkedHashMap.Entry<K,V> current;
    // 记录 LinkedHashMap 结构修改的次数，用于快速失败机制
    int expectedModCount;

    // 构造函数，初始化迭代器
    LinkedHashIterator() {
        // 获取 LinkedHashMap 结构修改的次数
        expectedModCount = modCount;
        // 初始化下一个节点为双向链表的头节点
        next = head;
        current = null;
    }

    // 检查是否还有下一个元素
    public final boolean hasNext() {
        // 判断下一个节点是否为空，如果不为空则表示还有下一个元素
        return next != null;
    }

    // 获取下一个节点
    final LinkedHashMap.Entry<K,V> nextNode() {
        // 记录当前节点
        LinkedHashMap.Entry<K,V> e = next;
        // 如果当前记录的结构修改次数与 LinkedHashMap 的实际结构修改次数不一致，抛出并发修改异常
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
        // 如果下一个节点为空，抛出没有元素的异常
        if (e == null)
            throw new NoSuchElementException();
        // 更新当前节点为下一个节点
        current = e;
        // 更新下一个节点为当前节点的后继节点
        next = e.after;
        return e;
    }

    // 移除当前元素
    public final void remove() {
        // 获取当前节点
        Node<K,V> p = current;
        // 如果当前节点为空，抛出非法状态异常
        if (p == null)
            throw new IllegalStateException();
        // 如果当前记录的结构修改次数与 LinkedHashMap 的实际结构修改次数不一致，抛出并发修改异常
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
        // 将当前节点置为 null
        current = null;
        // 获取当前节点的键
        K key = p.key;
        // 移除当前节点对应的键值对
        removeNode(hash(key), key, null, false, false);
        // 更新记录的结构修改次数
        expectedModCount = modCount;
    }
}

在 iterator() 方法中，LinkedHashSet 借助 HashSet 调用 LinkedHashMap 的 keySet().iterator() 来获取迭代器。LinkedHashMap 的 LinkedKeySet 类实现了键集合的相关操作，其中 iterator() 方法返回 LinkedKeyIterator 实例。LinkedKeyIterator 继承自 LinkedHashIterator，LinkedHashIterator 维护了双向链表中节点的遍历顺序。

在遍历过程中，hasNext() 方法通过判断 next 节点是否为空来确定是否还有下一个元素。nextNode() 方法会先检查结构修改次数是否一致，以保证在遍历过程中没有其他线程对 LinkedHashSet 进行结构修改（快速失败机制），然后返回下一个节点，并更新 current 和 next 节点。remove() 方法用于移除当前遍历到的元素，同样会检查结构修改次数，然后调用 removeNode() 方法移除元素，并更新记录的结构修改次数。

4.4.4 toArray() 方法

toArray() 方法有两个重载形式，分别是无参的 toArray() 和带数组参数的 toArray(T[] a)，用于将 LinkedHashSet 中的元素转换为数组。

4.4.4.1 toArray() 方法

// LinkedHashSet 中调用的无参 toArray 方法，实际上是父类 HashSet 的 toArray 方法
public Object[] toArray() {
    // 调用父类 HashSet 的 toArray 方法，将 LinkedHashMap 键集合转换为 Object 数组
    return map.keySet().toArray();
}

// HashSet 中的 toArray 方法
public Object[] toArray() {
    // 调用 LinkedHashMap 键集合的 toArray 方法
    return map.keySet().toArray();
}

// LinkedHashMap 键集合（LinkedKeySet）中的 toArray 方法
public final Object[] toArray() {
    // 创建一个大小为集合元素数量的 Object 数组
    Object[] a = new Object[size];
    int i = 0;
    // 遍历双向链表，将每个节点的键放入数组中
    for (LinkedHashMap.Entry<K,V> e = head; e != null; e = e.after)
        a[i++] = e.key;
    return a;
}

在无参的 toArray() 方法中，LinkedHashSet 通过 HashSet 调用 LinkedHashMap 键集合的 toArray() 方法。该方法会创建一个大小为集合元素数量的 Object 数组，然后遍历 LinkedHashMap 的双向链表，将每个节点的键依次放入数组中，最后返回该数组。

4.4.4.2 toArray(T[] a) 方法

// LinkedHashSet 中调用的带数组参数的 toArray 方法，实际上是父类 HashSet 的 toArray 方法
public <T> T[] toArray(T[] a) {
    // 调用父类 HashSet 的 toArray 方法，将 LinkedHashMap 键集合转换为指定类型的数组
    return map.keySet().toArray(a);
}

// HashSet 中的 toArray 方法
public <T> T[] toArray(T[] a) {
    // 调用 LinkedHashMap 键集合的 toArray 方法
    return map.keySet().toArray(a);
}

// LinkedHashMap 键集合（LinkedKeySet）中的 toArray 方法
public final <T> T[] toArray(T[] a) {
    // 如果传入数组的长度小于集合元素数量
    if (a.length < size)
        // 创建一个新的指定类型的数组，大小为集合元素数量
        a = (T[])java.lang.reflect.Array.newInstance(
            a.getClass().getComponentType(), size);
    int i = 0;
    Object[] result = a;
    // 遍历双向链表，将每个节点的键放入数组中
    for (LinkedHashMap.Entry<K,V> e = head; e != null; e = e.after)
        result[i++] = e.key;
    // 如果传入数组的长度大于集合元素数量，将数组中剩余的位置置为 null
    if (a.length > size)
        a[size] = null;
    return a;
}

在带数组参数的 toArray(T[] a) 方法中，LinkedHashSet 同样通过 HashSet 调用 LinkedHashMap 键集合的 toArray(T[] a) 方法。如果传入数组的长度小于集合元素数量，会创建一个新的指定类型的数组，大小为集合元素数量；然后遍历 LinkedHashMap 的双向链表，将每个节点的键依次放入数组中。如果传入数组的长度大于集合元素数量，会将数组中剩余的位置置为 null，最后返回该数组。

4.4.5 retainAll(Collection<?> c) 方法

retainAll(Collection<?> c) 方法用于仅保留 LinkedHashSet 中那些也包含在指定集合中的元素，也就是移除 LinkedHashSet 中不在指定集合中的元素。

// LinkedHashSet 中调用的 retainAll 方法，实际上是父类 HashSet 的 retainAll 方法
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
    // 检查输入的集合是否为 null，如果为 null 则抛出 NullPointerException 异常
    Objects.requireNonNull(c);
    // 标记是否有元素被从 LinkedHashSet 中移除
    boolean modified = false;
    // 获取 LinkedHashSet 的迭代器
    Iterator<E> it = iterator();
    // 遍历 LinkedHashSet 中的元素
    while (it.hasNext()) {
        // 如果指定集合不包含当前元素
        if (!c.contains(it.next())) {
            // 调用迭代器的 remove 方法移除该元素
            it.remove();
            // 将 modified 标记为 true
            modified = true;
        }
    }
    return modified;
}

// HashSet 中的 retainAll 方法
public boolean retainAll(Collection<?> c) {
    // 检查输入的集合是否为 null，如果为 null 则抛出 NullPointerException 异常
    Objects.requireNonNull(c);
    // 标记是否有元素被从 HashSet 中移除
    boolean modified = false;
    // 获取 HashSet 的迭代器
    Iterator<E> it = iterator();
    // 遍历 HashSet 中的元素
    while (it.hasNext()) {
        // 如果指定集合不包含当前元素
        if (!c.contains(it.next())) {
            // 调用迭代器的 remove 方法移除该元素
            it.remove();
            // 将 modified 标记为 true
            modified = true;
        }
    }
    return modified;
}

在 retainAll(Collection<?> c) 方法中，LinkedHashSet 通过 HashSet 实现该功能。首先检查输入的集合是否为 null，若为 null 则抛出 NullPointerException 异常。然后获取 LinkedHashSet 的迭代器，遍历其中的元素，若指定集合不包含当前元素，则调用迭代器的 remove() 方法移除该元素，并将 modified 标记为 true。最后返回 modified 标记。

4.4.6 equals(Object o) 方法

equals(Object o) 方法用于比较 LinkedHashSet 与另一个对象是否相等。

// LinkedHashSet 中调用的 equals 方法，实际上是父类 HashSet 的 equals 方法
public boolean equals(Object o) {
    // 如果比较的对象是当前对象本身，直接返回 true
    if (o == this)
        return true;
    // 如果比较的对象不是 Set 类型，返回 false
    if (!(o instanceof Set))
        return false;
    Collection<?> c = (Collection<?>) o;
    // 如果两个集合的大小不相等，返回 false
    if (c.size() != size())
        return false;
    try {
        // 检查当前集合中的每个元素是否都存在于另一个集合中
        return containsAll(c);
    } catch (ClassCastException unused)   {
        return false;
    } catch (NullPointerException unused) {
        return false;
    }
}

// HashSet 中的 equals 方法
public boolean equals(Object o) {
    // 如果比较的对象是当前对象本身，直接返回 true
    if (o == this)
        return true;
    // 如果比较的对象不是 Set 类型，返回 false
    if (!(o instanceof Set))
        return false;
    Collection<?> c = (Collection<?>) o;
    // 如果两个集合的大小不相等，返回 false
    if (c.size() != size())
        return false;
    try {
        // 检查当前集合中的每个元素是否都存在于另一个集合中
        return containsAll(c);
    } catch (ClassCastException unused)   {
        return false;
    } catch (NullPointerException unused) {
        return false;
    }
}

// HashSet 中的 containsAll 方法
public boolean containsAll(Collection<?> c) {
    // 遍历指定集合中的每个元素
    for (Object e : c)
        // 如果当前集合不包含该元素，返回 false
        if (!contains(e))
            return false;
    return true;
}

在 equals(Object o) 方法中，LinkedHashSet 通过 HashSet 实现该功能。首先判断比较的对象是否为当前对象本身，如果是则直接返回 true；若比较的对象不是 Set 类型或者两个集合的大小不相等，返回 false。接着尝试调用 containsAll() 方法检查当前集合中的每个元素是否都存在于另一个集合中，如果在检查过程中出现 ClassCastException 或 NullPointerException，则返回 false。containsAll() 方法会遍历指定集合中的每个元素，调用 contains() 方法检查当前集合是否包含该元素，若有元素不存在则返回 false，否则返回 true。

4.4.7 hashCode() 方法

hashCode() 方法用于返回 LinkedHashSet 的哈希码。

// LinkedHashSet 中调用的 hashCode 方法，实际上是父类 HashSet 的 hashCode 方法
public int hashCode() {
    // 调用父类 HashSet 的 hashCode 方法，返回 LinkedHashMap 键集合的哈希码
    return map.keySet().hashCode();
}

// HashSet 中的 hashCode 方法
public int hashCode() {
    // 调用 LinkedHashMap 键集合的 hashCode 方法
    return map.keySet().hashCode();
}

// LinkedHashMap 键集合（LinkedKeySet）中的 hashCode 方法
public final int hashCode() {
    int h = 0;
    // 遍历双向链表，计算每个节点键的哈希码之和
    for (LinkedHashMap.Entry<K,V> e = head; e != null; e = e.after)
        h += e.key.hashCode();
    return h;
}

在 hashCode() 方法中，LinkedHashSet 通过 HashSet 调用 LinkedHashMap 键集合的 hashCode() 方法。该方法会遍历 LinkedHashMap 的双向链表，将每个节点键的哈希码相加，最后返回总和作为 LinkedHashSet 的哈希码。

五、性能分析

5.1 时间复杂度分析

• 插入操作：LinkedHashSet 的插入操作 add(E e) 平均时间复杂度为 $O(1)$。这是因为 LinkedHashSet 基于 LinkedHashMap 实现，LinkedHashMap 在插入元素时，通过哈希函数计算元素的哈希值，然后根据哈希值找到对应的位置。如果该位置没有元素，直接插入；如果有元素，处理哈希冲突（可能是链表或红黑树）。在理想情况下，哈希冲突较少，插入操作可以在常数时间内完成。
• 删除操作：remove(Object o) 方法的平均时间复杂度也是 $O(1)$。同样，LinkedHashMap 会根据元素的哈希值找到对应的位置，然后在链表或红黑树中查找要删除的元素并进行删除操作。在哈希冲突较少的情况下，删除操作可以在常数时间内完成。
• 查找操作：contains(Object o) 方法的平均时间复杂度同样为 $O(1)$。LinkedHashMap 会根据元素的哈希值找到对应的位置，然后在链表或红黑树中查找该元素。如果哈希冲突较少，查找操作可以在常数时间内完成。
• 遍历操作：iterator() 方法返回的迭代器按照元素的插入顺序遍历 LinkedHashSet，时间复杂度为 $O(n)$，其中 $n$ 是 LinkedHashSet 中元素的数量。因为需要遍历双向链表中的每个节点。

5.2 空间复杂度分析

LinkedHashSet 的空间复杂度主要由两部分组成：

• 哈希表部分：LinkedHashSet 基于 LinkedHashMap 实现，LinkedHashMap 内部使用哈希表来存储元素。哈希表的空间复杂度为 $O(n)$，其中 $n$ 是 LinkedHashSet 中元素的数量。
• 双向链表部分：LinkedHashMap 维护了一个双向链表来记录元素的插入顺序，双向链表的空间复杂度也为 $O(n)$，因为每个元素都对应一个链表节点。

因此，LinkedHashSet 的总体空间复杂度为 $O(n)$。

5.3 与其他集合的性能比较

• 与 HashSet 比较：HashSet 也是基于 HashMap 实现，插入、删除和查找操作的平均时间复杂度同样为 $O(1)$。但 HashSet 不保证元素的存储顺序，而 LinkedHashSet 维护了元素的插入顺序。由于 LinkedHashSet 需要额外维护双向链表，其空间开销相对 HashSet 会略大一些。
• 与 TreeSet 比较：TreeSet 基于红黑树实现，插入、删除和查找操作的时间复杂度为 $O(log n)$。TreeSet 会对元素进行排序，按照元素的自然顺序或指定的比较器顺序存储元素。而 LinkedHashSet 按照元素的插入顺序存储元素，插入、删除和查找操作的平均时间复杂度为 $O(1)$。在需要保持元素插入顺序且对性能要求较高的场景下，LinkedHashSet 更合适；在需要对元素进行排序的场景下，TreeSet 更合适。

六、线程安全性问题

6.1 非线程安全的原因

LinkedHashSet 是非线程安全的，这是因为它基于 LinkedHashMap 实现，而 LinkedHashMap 本身是非线程安全的。在多线程环境下，如果多个线程同时对 LinkedHashSet 进行读写操作，可能会导致数据不一致、死循环等问题。例如，当一个线程正在对 LinkedHashSet 进行扩容操作时，另一个线程同时进行插入操作，可能会导致链表形成环形结构，从而导致死循环。以下是一个简单的示例代码，展示了多线程环境下使用 LinkedHashSet 可能出现的问题：

import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;

public class LinkedHashSetThreadSafetyExample {
    private static Set<Integer> set = new LinkedHashSet<>();

    public static void main(String[] args) {
        // 创建两个线程
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                set.add(i);
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 1000; i < 2000; i++) {
                set.add(i);
            }
        });

        // 启动线程
        thread1.start();
        thread2.start();

        try {
            // 等待线程执行完毕
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 打印集合大小
        System.out.println("Set size: " + set.size());
    }
}

在上述代码中，创建了两个线程，分别向 LinkedHashSet 中添加元素。由于 LinkedHashSet 是非线程安全的，在多线程环境下可能会出现数据丢失、死循环等问题。

6.2 线程安全的替代方案

如果需要在多线程环境下使用类似 LinkedHashSet 的功能，可以使用以下几种线程安全的替代方案：

• Collections.synchronizedSet：可以使用 Collections.synchronizedSet 方法将一个非线程安全的 Set 转换为线程安全的 Set。以下是示例代码：

import java.util.Collections;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;

public class SynchronizedSetExample {
    private static Set<Integer> set = Collections.synchronizedSet(new LinkedHashSet<>());

    public static void main(String[] args) {
        // 创建两个线程
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                set.add(i);
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 1000; i < 2000; i++) {
                set.add(i);
            }
        });

        // 启动线程
        thread1.start();
        thread2.start();

        try {
            // 等待线程执行完毕
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 打印集合大小
        System.out.println("Set size: " + set.size());
    }
}

Collections.synchronizedSet 方法返回的 Set 是线程安全的，它通过在每个方法上使用同步锁来保证线程安全。

• 使用并发容器：在 Java 并发包中，虽然没有直接提供线程安全的 LinkedHashSet 实现，但可以通过组合 ConcurrentHashMap 来实现类似的功能。以下是一个简单的示例代码：

import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentLinkedHashSet<E> {
    private final ConcurrentHashMap<E, Boolean> map;

    public ConcurrentLinkedHashSet() {
        map = new ConcurrentHashMap<>();
    }

    public boolean add(E e) {
        return map.putIfAbsent(e, Boolean.TRUE) == null;
    }

    public boolean remove(E e) {
        return map.remove(e) != null;
    }

    public boolean contains(E e) {
        return map.containsKey(e);
    }

    public int size() {
        return map.size();
    }

    public Iterator<E> iterator() {
        return map.keySet().iterator();
    }
}

在上述代码中，通过 ConcurrentHashMap 来存储元素，利用 putIfAbsent 方法保证元素的唯一性，实现了一个简单的线程安全的 LinkedHashSet 功能。

七、序列化与反序列化

7.1 序列化机制

LinkedHashSet 实现了 Serializable 接口，这意味着它支持对象的序列化和反序列化。序列化是将对象的状态转换为字节流的过程，以便可以将对象存储到文件中或通过网络传输；反序列化是将字节流恢复为对象的过程。LinkedHashSet 的序列化过程主要涉及到 writeObject 方法，以下是相关的源码及注释：

// LinkedHashSet 中的 writeObject 方法，用于序列化对象
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
    throws java.io.IOException {
    // 写出默认的序列化信息
    s.defaultWriteObject();

    // 写出集合的大小
    s.writeInt(size());

    // 遍历集合中的每个元素
    for (E e : this)
        // 写出每个元素
        s.writeObject(e);
}

在 writeObject 方法中，首先调用 s.defaultWriteObject() 写出默认的序列化信息，然后写出集合的大小，最后遍历集合中的每个元素，将其写出到输出流中。

7.2 反序列化机制

LinkedHashSet 的反序列化过程主要涉及到 readObject 方法，以下是相关的源码及注释：

// LinkedHashSet 中的 readObject 方法，用于反序列化对象
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
    throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
    // 读取默认的序列化信息
    s.defaultReadObject();

    // 读取集合的大小
    int size = s.readInt();

    // 创建一个具有指定初始容量和加载因子的 LinkedHashMap 实例
    map = new LinkedHashMap<>(Math.max((int) (size/.75f) + 1, 16), .75f);

    // 循环读取元素并添加到集合中
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        @SuppressWarnings("unchecked")
        E e = (E) s.readObject();
        map.put(e, PRESENT);
    }
}

在 readObject 方法中，首先调用 s.defaultReadObject() 读取默认的序列化信息，然后读取集合的大小。接着创建一个具有指定初始容量和加载因子的 LinkedHashMap 实例，最后循环读取元素并将其添加到 LinkedHashMap 中。

7.3 序列化与反序列化的注意事项

• 版本兼容性：在进行序列化和反序列化时，需要注意类的版本兼容性。如果在序列化之后对类进行了修改，可能会导致反序列化失败。可以通过定义 serialVersionUID 来确保版本兼容性。
• 安全性：在反序列化过程中，要注意防范反序列化漏洞。因为反序列化过程会执行对象的构造函数和一些初始化代码，如果反序列化的数据来自不可信的来源，可能会导致安全问题。

八、总结与展望

8.1 总结

通过对 Java LinkedHashSet 的深入分析，我们全面了解了其使用原理和内部机制：

• 核心结构：LinkedHashSet 基于 LinkedHashMap 实现，利用 LinkedHashMap 的键来存储元素，所有键对应的值都是一个静态常量对象 PRESENT。同时，LinkedHashMap 维护了一个双向链表，用于记录元素的插入顺序，使得 LinkedHashSet 可以按照元素的插入顺序进行遍历。
• 基本操作：LinkedHashSet 的添加、删除、查找等基本操作都是通过调用 LinkedHashMap 的相应方法实现的，平均时间复杂度为 $O(1)$。在插入元素时，会根据元素的哈希值找到对应的位置，处理哈希冲突；在删除元素时，会根据元素的哈希值找到对应的位置，在链表或红黑树中查找并删除元素；在查找元素时，同样会根据元素的哈希值找到对应的位置，在链表或红黑树中查找元素。
• 性能特点：LinkedHashSet 的插入、删除和查找操作的平均时间复杂度为 $O(1)$，但由于需要维护双向链表，其空间开销相对 HashSet 会略大一些。与 TreeSet 相比，LinkedHashSet 不进行元素排序，而是按照元素的插入顺序存储元素，插入、删除和查找操作的性能更优。
• 线程安全性：LinkedHashSet 是非线程安全的，在多线程环境下使用可能会出现数据不一致等问题。可以使用 Collections.synchronizedSet 或通过组合并发容器来实现线程安全的 LinkedHashSet 功能。
• 序列化与反序列化：LinkedHashSet 实现了 Serializable 接口，支持对象的序列化和反序列化。在序列化过程中，会写出集合的大小和每个元素；在反序列化过程中，会读取集合的大小，创建 LinkedHashMap 实例，并将元素添加到 LinkedHashMap 中。

8.2 展望

未来，LinkedHashSet 可能会在以下方面得到进一步的发展和改进：

• 性能提升：随着计算机硬件和算法的不断发展，可能会有更高效的哈希函数和哈希冲突解决机制被应用到 LinkedHashSet 中，进一步提高其性能。例如，对哈希表的结构进行优化，减少哈希冲突的发生，提高插入、删除和查找操作的效率。
• 并发支持增强：在多线程和分布式环境下，对集合类的并发性能要求越来越高。未来可能会有更高效的并发 LinkedHashSet 实现，以满足大规模并发场景的需求。例如，采用更先进的并发控制机制，减少锁的竞争，提高并发性能。
• 功能扩展：可能会为 LinkedHashSet 增加更多的功能，例如支持更复杂的元素比较和排序规则，或者与其他数据结构进行更紧密的集成。例如，增加对元素的排序功能，使得 LinkedHashSet 既可以按照插入顺序遍历，也可以按照指定的规则进行排序。

总之，LinkedHashSet 作为 Java 集合框架中的重要组成部分，在实际开发中有着广泛的应用。通过深入理解其原理和机制，开发者可以更好地使用 LinkedHashSet，并根据具体场景选择合适的集合实现，提高代码的性能和可维护性。