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13. EnumSet是什么？为什么它的性能优于常规的Set实现？

PangHu大约 3 分钟

EnumSet是Java集合框架中的一个特殊实现类，它是专门为枚举类型设计的集合。EnumSet只能存储同一枚举类型中的枚举常量，不能存储其他类型的对象。EnumSet在设计上为了高效地操作枚举集合，提供了比一般Set实现更好的性能。

EnumSet的特点

  1. 专门为枚举类型设计:
    • EnumSet只能用于存储枚举类型的元素，且所有元素必须来自同一枚举类型。
  2. 内部实现基于位向量:
    • EnumSet内部使用位向量（bit vector）来表示集合，这使得它在空间和时间复杂度上非常高效。位向量的每一位代表一个枚举常量，是否存在由对应位的0或1表示。
  3. 性能优越:
    • 由于基于位向量的实现方式，EnumSet在大多数操作上的时间复杂度都非常低，通常为O(1)。这是因为位操作的速度非常快，可以直接通过位图来判断元素是否存在、添加、删除等。
  4. 有序集合:
    • EnumSet是一个有序集合，元素按枚举常量在枚举类中定义的顺序排列。

为什么EnumSet的性能优于常规的Set实现？

EnumSet的性能优势主要来源于其内部的位向量表示和针对枚举类型的优化设计：

  1. 位向量表示:
    • EnumSet使用一个或多个long类型的变量来存储位向量，每个枚举常量在位向量中对应一位。这种表示方式非常紧凑，并且操作非常快。对于添加、删除、判断元素是否存在等操作，只需简单的位运算即可完成，而不涉及复杂的数据结构操作，如哈希计算或链表遍历。
  2. 内存占用小:
    • 因为位向量使用一系列long类型的变量（或单个变量）来表示枚举的存在性，EnumSet的内存开销非常低，尤其是在枚举类型的常量数量不多时，内存效率比普通Set实现要高得多。
  3. 快速的集合操作:
    • 由于EnumSet的所有操作都是基于位操作的，因此像集合并集、交集、差集等操作也非常高效。这些操作可以通过对位向量的位与、位或等操作直接完成，速度非常快。

示例代码

import java.util.EnumSet;

public class EnumSetExample {
    // 定义一个枚举类型
    enum Day {
        MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个EnumSet实例
        EnumSet<Day> weekend = EnumSet.of(Day.SATURDAY, Day.SUNDAY);

        // 添加元素
        weekend.add(Day.FRIDAY);  // 添加星期五
        System.out.println("Weekend days: " + weekend);

        // 检查是否包含某元素
        boolean containsSaturday = weekend.contains(Day.SATURDAY);
        System.out.println("Contains Saturday: " + containsSaturday);

        // 删除元素
        weekend.remove(Day.FRIDAY);  // 移除星期五
        System.out.println("After removing Friday: " + weekend);
    }
}

输出

Weekend days: [FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY]
Contains Saturday: true
After removing Friday: [SATURDAY, SUNDAY]

适用场景

  • 表示枚举类型的集合: EnumSet非常适合用于表示枚举类型的子集，例如一周中的工作日、交通灯的状态等。
  • 高效的集合操作: 当需要对枚举类型的集合进行频繁的集合操作（如并集、交集、差集等）时，EnumSet是非常高效的选择。

总结

  • EnumSet 是一个高效的、专门用于枚举类型的集合实现，它使用位向量来存储集合中的元素。
  • 性能优势: 由于基于位操作，EnumSet在添加、删除、查找元素以及执行集合操作时都非常快速，并且占用内存较少。
  • 适用场景: 适用于任何需要高效操作枚举类型集合的场景。

与普通Set实现相比，EnumSet提供了更好的性能，尤其是在需要处理枚举类型的集合时，EnumSet是非常推荐的选择。