Java面试题之HashSet 的实现原理？

Posted 2021-12-08 hyhy904

HashSet 的实现原理？
首先，我们需要知道它是Set的一个实现，所以保证了当中没有重复的元素。
一方面Set中最重要的一个操作就是查找。而且通常我们会选择

HashSet来实现，因为它专门对快速查找进行了优化。
HashSet使用的是散列函数，那么它当中的元素也就无序可寻。当中是允许元素为null的。

先对实现原理进行一个总结：
（1）基于HashMap实现的，默认构造函数是构建一个初始容量为16，负载因子为0.75 的HashMap。封装了一个 HashMap 对象来存储所有的集合元素，所有放入 HashSet 中的集合元素实际上由 HashMap 的 key 来保存，而 HashMap 的 value 则存储了一个 PRESENT，它是一个静态的 Object 对象。

（2）当我们试图把某个类的对象当成 HashMap的 key，或试图将这个类的对象放入 HashSet 中保存时，重写该类的equals(Object obj)方法和 hashCode() 方法很重要，而且这两个方法的返回值必须保持一致：当该类的两个的 hashCode() 返回值相同时，它们通过 equals() 方法比较也应该返回 true。通常来说，所有参与计算 hashCode() 返回值的关键属性，都应该用于作为 equals() 比较的标准。

（3）HashSet的其他操作都是基于HashMap的。

在这，为大家讲解HashSet 的实现原理：
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：

import java.util.AbstractSet;
import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Set;

import javax.swing.text.html.HTMLDocument.Iterator;

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true），
//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 new InternalError();
}
}
}
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