深入Java集合：HashSet实现原理

Posted 2022-12-11 吴士龙

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。

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：

 public class HashSet<E>
       extends AbstractSet<E>
      implementsSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable
 
     static final long serial VersionUID = -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<? extendsE> c) 
     map = newHashMap<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(intinitialCapacity, floatloadFactor) 
    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(intinitialCapacity) 
     map = newHashMap<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(intinitialCapacity, floatloadFactor, booleandummy) 
    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staticfinal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H ashMap 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HashSet 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 newInternalError();
        
     

相关说明

1) 相关 HashMap 的实现原理，请参考上一遍总结：深入 Java 集合：HashMap 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。

业务思想

HashSet部分的总结个人感觉是很枯燥的，研究了一遍源码，深感痛彻，很值得去学习提升一下呢！其在业务中的使用也是比较多的，建议大家有时间花上个半晚上研究一下，你收获甚多的。