Java 集合学习系列(二): HashSet 的实现原理
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Java 集合学习系列(二): HashSet 的实现原理
wersdffg 发表于3年前
Java 集合学习系列(二): HashSet 的实现原理
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1. HashSet 概述
HashSet 实现 Set 接口,由哈希表(实际上是一个 HashMap 实例)支持。它不保证 set 的迭代顺序;特别是它不保证该顺序恒久不变。此类允许使用 null 元素。
2. HashSet 的实现
对于 HashSet 而言,它是基于 HashMap 实现的, HashSet 底层使用 HashMap 来保存所有元素,因此 HashSet 的实现比较简单,相关 HashSet 的操作,基本上都是直接调用底层HashMap 的相关方法来完成, HashSet 的源代码如下:
Java 代码

public class HashSet<E>  extends AbstractSet<E>  
      implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable  {  
      static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;  
      // 底层使用 HashMap 来保存 HashSet 中所有元素。  
      private transient HashMap<E,Object> map;          
      // 定义一个虚拟的 Object 对象作为 HashMap 的 value,将此对象定义为 static final。
   
      private static final Object PRESENT = new Object();      
      /** 
       * 默认的无参构造器,构造一个空的 HashSet。 
       *  
       * 实际底层会初始化一个空的 HashMap,并使用默认初始容量为 16 和加载因子 0.75。 
       */  
      public HashSet() {  
      map = new HashMap<E,Object>();  
      }
/** 
       * 构造一个包含指定 collection 中的元素的新 set。 
       * 
       * 实际底层使用默认的加载因子 0.75 和足以包含指定 
       * collection 中所有元素的初始容量来创建一个 HashMap。 
       * @param c 其中的元素将存放在此 set 中的 collection。 
       */  
      public HashSet(Collection<? extends E> c) {  
      map = new HashMap<E,Object>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));  
      addAll(c);  
      }  
    
      /** 
       * 以指定的 initialCapacity 和 loadFactor 构造一个空的 HashSet。 
       * 
       * 实际底层以相应的参数构造一个空的 HashMap。 
       * @param initialCapacity 初始容量。 
       * @param loadFactor 加载因子。 
       */  
      public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {  
      map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);  
      }  
      /** 
       * 以指定的 initialCapacity 构造一个空的 HashSet。 
       * 
       * 实际底层以相应的参数及加载因子 loadFactor 为 0.75 构造一个空的 HashMap。 
       * @param initialCapacity 初始容量。 
       */  
      public HashSet(int initialCapacity) {  
      map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity);  
      }  
      /** 
       * 以指定的 initialCapacity 和 loadFactor 构造一个新的空链接哈希集合。 
       * 此构造函数为包访问权限,不对外公开,实际只是是对 LinkedHashSet 的支持。 
       * 
       * 实际底层会以指定的参数构造一个空 LinkedHashMap 实例来实现。 
       * @param initialCapacity 初始容量。 
       * @param loadFactor 加载因子。 
       * @param dummy 标记。 
       */  
      HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {  
      map = new LinkedHashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
      }  
      /** 
       * 返回对此 set 中元素进行迭代的迭代器。返回元素的顺序并不是特定的。 
       *  
       * 底层实际调用底层 HashMap 的 keySet 来返回所有的 key。 
       * 可见 HashSet 中的元素,只是存放在了底层 HashMap 的 key 上, 
       * value 使用一个 static final 的 Object 对象标识。 
       * @return 对此 set 中元素进行迭代的 Iterator。 
       */  
      public Iterator<E> iterator() {  
      return map.keySet().iterator();  
      }  
      /** 
       * 返回此 set 中的元素的数量(set 的容量)。 
       * 
       * 底层实际调用 HashMap 的 size()方法返回 Entry 的数量,就得到该 Set 中元素的个数。  
       * @return 此 set 中的元素的数量(set 的容量)。 
       */  
      public int size() {  
      return map.size();  
      }  
      /** 
       * 如果此 set 不包含任何元素,则返回 true。 
       * 
       * 底层实际调用 HashMap 的 isEmpty()判断该 HashSet 是否为空。 
       * @return 如果此 set 不包含任何元素,则返回 true。 
       */  
      public boolean isEmpty() {  
      return map.isEmpty();  
      }  
      /** 
       * 如果此 set 包含指定元素,则返回 true。 
       * 更确切地讲,当且仅当此 set 包含一个满足(o==null ? e==null : o.equals(e)) 
       * 的 e 元素时,返回 true。 
       * 
       * 底层实际调用 HashMap 的 containsKey 判断是否包含指定 key。 
       * @param o 在此 set 中的存在已得到测试的元素。 
       * @return 如果此 set 包含指定元素,则返回 true。 
       */  
      public boolean contains(Object o) {
      return map.containsKey(o);  
      }  
      /** 
       * 如果此 set 中尚未包含指定元素,则添加指定元素。 
       * 更确切地讲,如果此 set 没有包含满足(e==null ? e2==null : e.equals(e2)) 
       * 的元素 e2,则向此 set 添加指定的元素 e。 
       * 如果此 set 已包含该元素,则该调用不更改 set 并返回 false。 
       * 
       * 底层实际将将该元素作为 key 放入 HashMap。 
       * 由于 HashMap 的 put()方法添加 key-value 对时,当新放入 HashMap 的 Entry 中 key 
       * 与集合中原有 Entry 的 key 相同(hashCode()返回值相等,通过 equals 比较也返回 t
rue), 
       * 新添加的 Entry 的 value 会将覆盖原来 Entry 的 value,但 key 不会有任何改变, 
       * 因此如果向 HashSet 中添加一个已经存在的元素时,新添加的集合元素将不会被放入 HashMap 中, 
       * 原来的元素也不会有任何改变,这也就满足了 Set 中元素不重复的特性。 
       * @param e 将添加到此 set 中的元素。 
       * @return 如果此 set 尚未包含指定元素,则返回 true。 
       */  
      public boolean add(E e) {  
      return map.put(e, PRESENT)==null;  
      }  
     /** 
       * 如果指定元素存在于此 set 中,则将其移除。 
       * 更确切地讲,如果此 set 包含一个满足(o==null ? e==null : o.equals(e))的元素
e, 
       * 则将其移除。如果此 set 已包含该元素,则返回 true 
       *  (或者:如果此 set 因调用而发生更改,则返回 true)。(一旦调用返回,则此 set 不再
包含该元素)。 
       * 
       * 底层实际调用 HashMap 的 remove 方法删除指定 Entry。 
       * @param o 如果存在于此 set 中则需要将其移除的对象。 
       * @return 如果 set 包含指定元素,则返回 true。 
       */  
      public boolean remove(Object o) {  
      return map.remove(o)==PRESENT;  
      }  
      /** 
       * 从此 set 中移除所有元素。此调用返回后,该 set 将为空。 
       * 
       * 底层实际调用 HashMap 的 clear 方法清空 Entry 中所有元素。
       */  
      public void clear() {  
      map.clear();  
      }  
    
      /** 
       * 返回此 HashSet 实例的浅表副本:并没有复制这些元素本身。 
       * 
       * 底层实际调用 HashMap 的 clone()方法,获取 HashMap 的浅表副本,并设置到 HashSe
t 中。 
       */  
      public Object clone() {  
          try {  
              HashSet<E> newSet = (HashSet<E>) super.clone();  
              newSet.map = (HashMap<E, Object>) map.clone();  
              return newSet;  
          } catch (CloneNotSupportedException e) {  
              throw new InternalError();  
          }  
      }  
}

3.  相关说明
1) 相关 HashMap 的实现原理,请参考我的上一遍总结:深入 Java 集合学习系列:HashMap 的实现原理。
2) 对于 HashSet 中保存的对象,请注意正确重写其 equals 和 hashCode 方法,以保证放入的对象的唯一性。

标签: HashSet
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