Hashset源码分析

Posted 2021-03-06 idea360

1. 概述

Hashset 实现 set 接口，底层基于 Hashmap 实现, 但与 Hashmap 不同的实 Hashmap 存储键值对，Hashset 仅存储对象。

HashSet 使用成员对象来计算 hashcode 值。

2. 原理

在《Head fist java》一书中有描述:

当你把对象加入 HashSet 时，HashSet 会先计算对象的 hashcode 值来判断对象加入的位置，同时也会与其他加入的对象的 hashcode 值作比较，如果没有相符的 hashcode，HashSet 会假设对象没有重复出现。但是如果发现有相同 hashcode 值的对象，这时会调用 equals()方法来检查 hashcode 相等的对象是否真的相同。如果两者相同，则覆盖旧元素。

这里看到很多文章说: 如果 equals()方法相等，HashSet 就不会让加入操作成功。根据 hashmap 的 put()方法源码可知，实际上是覆盖操作，虽然覆盖对象的 key 和 value 都完全一致。

hashCode()与 equals()的相关规定：

• 如果两个对象相等，则 hashcode 一定也是相同的
• 两个对象相等,对两个 equals 方法返回 true
• 两个对象有相同的 hashcode 值，它们也不一定是相等的
• 综上，equals 方法被覆盖过，则 hashCode 方法也必须被覆盖
• hashCode()的默认行为是对堆上的对象产生独特值。如果没有重写 hashCode()，则该 class 的两个对象无论如何都不会相等（即使这两个对象指向相同的数据）。

==与 equals 的区别

• ==是判断两个变量或实例是不是指向同一个内存空间 equals 是判断两个变量或实例所指向的内存空间的值是不是相同
• ==是指对内存地址进行比较 equals()是对字符串的内容进行比较
• ==指引用是否相同 equals()指的是值是否相同

3. 源码分析

首先查看下源码结构，发现该类源码相对比较简单

3.1 构造方法

    /**
     * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has
     * default initial capacity (16) and load factor (0.75).
     */
    // 内部存储在hashmap中
    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }

3.2 添加元素 add()

private static final Object PRESENT = new Object();
    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }

可以看到添加的对象直接作为 Hashmap 的 key, 而 value 是 final 修饰的空对象。

根据之前对 Java 面试必问之 Hashmap 底层实现原理(JDK1.8) 中 put() 方法的解读可以知道:

在 Hashmap 中首先根据 hashCode 寻找数组 bucket，当 hash 冲突时，需要比较 key 是否相等，相等则覆盖，否则通过拉链法进行处理。在 Hashset 中存储的对象作为 key，所以存储对象需要重写 hashCode() 和 equals() 方法。

4. 使用案例分析

4.1 存储字符串案例

再来看一组示例

public class Demo2 {

    public static void main(String[] args) {
        HashSet<Object> hashSet = new HashSet<>();
        hashSet.add("a");
        hashSet.add("b");
        hashSet.add("c");
        hashSet.add("a");
        System.out.println(hashSet);
    }
}

结果

[a, b, c]

分析

查看字符串源码.字符串重写了 hashCode()和 equals 方法, 所以结果符合预期

    public int hashCode() {
        int h = hash;
        if (h == 0 && value.length > 0) {
            char val[] = value;

            for (int i = 0; i < value.length; i++) {
                h = 31 * h + val[i];
            }
            hash = h;
        }
        return h;
    }


    public boolean equals(Object anObject) {
        if (this == anObject) {
            return true;
        }
        if (anObject instanceof String) {
            String anotherString = (String)anObject;
            int n = value.length;
            if (n == anotherString.value.length) {
                char v1[] = value;
                char v2[] = anotherString.value;
                int i = 0;
                while (n-- != 0) {
                    if (v1[i] != v2[i])
                        return false;
                    i++;
                }
                return true;
            }
        }
        return false;
    }    }

4.2 存储对象错误案例

首先我们创建一个 user 对象

@Getter@Setter
@AllArgsConstructor
@ToString
public class User {

    private String username;

}

根据 set 集合的属性，set 中的元素是不重复的，现在测试下

public class Demo {

    public static void main(String[] args) {
        HashSet<Object> hashSet = new HashSet<>();
        hashSet.add(new User("a"));
        hashSet.add(new User("b"));
        hashSet.add(new User("c"));
        hashSet.add(new User("a"));
        System.out.println(hashSet);
    }
}

结果输出

[User(username=a), User(username=c), User(username=b), User(username=a)]

怎么会有重复的呢? 和预期结果不符呀。其实根据上边的源码我们已经知道原因了，打印 hash 值确认下

[901506536, 1513712028, 747464370, 1018547642]

java 中对象默认继承顶级父类 Object。在 Object 类中源码如下:

    public native int hashCode();
    // 比较内存地址
    public boolean equals(Object obj) {
        return (this == obj);
    }

4.3 存储对象正确示范

重写 equals()和 hashCode()方法。(这里偷了个懒，感兴趣的大家可以自己重写下这 2 个方法)

@Getter@Setter
@AllArgsConstructor
@ToString
@EqualsAndHashCode
public class User extends Object{

    private String username;

}

再次输出发现结果唯一了

[User(username=a), User(username=b), User(username=c)]

5. 总结

其实 HashSet 的一些东西都是用 HashMap 来实现的，如果 HashMap 的源码已经阅读过的话基本上没有什么问题。这可能是我写的最轻松的一篇文章。