HashSet实现原理

Posted 2020-06-17

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

     如果不等，则添加到该数组索引对应的链表中。

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     Set的实现类的集合对象中不能够有重复元素，HashSet也一样他是使用了一种标识来确定元素的不重复，HashSet用一种算法来保证HashSet中的元素是不重复的，   HashSet采用哈希算法，底层用数组存储数据。默认初始化容量16，加载因子0.75

     Object类中的hashCode()的方法是所有子类都会继承这个方法，这个方法会用Hash算法算出一个Hash（哈希）码值返回，HashSet会用Hash码值去和数组长度取模， 模（这个模就是对象要存放在数组中的位置）相同时才会判断数组中的元素和要加入的对象的内容是否相同，如果不同才会添加进去。

     Hash算法是一种散列算法。

  Set hs=new HashSet();
 
  hs.add(o);
     |
         o.hashCode();
     |
  o%当前总容量  (0--15)
     |             
     |                 不发生冲突
        是否发生冲突-----------------直接存放
     |
     | 发生冲突
     |                  假（不相等）
        o1.equals(o2)-------------------找一个空位添加
     |
     |  是（相等）
         不添加
 
       覆盖hashCode()方法的原则：
       1、一定要让那些我们认为相同的对象返回相同的hashCode值
       2、尽量让那些我们认为不同的对象返回不同的hashCode值，否则，就会增加冲突的概率。
       3、尽量的让hashCode值散列开（两值用异或运算可使结果的范围更广）

       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，我们应该为保存到HashSet中的对象覆盖hashCode()和equals()，因为再将对象加入到HashSet中时，会首先调用hashCode方法计算出对象的hash值，接着根据此hash值调用HashMap中的hash方法，得到的值& (length-1)得到该对象在hashMap的transient Entry[] table中的保存位置的索引，接着找到数组中该索引位置保存的对象，并调用equals方法比较这两个对象是否相等，如果相等则不添加，注意：所以要存入HashSet的集合对象中的自定义类必须覆盖hashCode(),equals()两个方法，才能保证集合中元素不重复。在覆盖equals()和hashCode()方法时， 要使相同对象的hashCode()方法返回相同值，覆盖equals()方法再判断其内容。为了保证效率，所以在覆盖hashCode()方法时， 也要尽量使不同对象尽量返回不同的Hash码值。

 如果数组中的元素和要加入的对象的hashCode()返回了相同的Hash值（相同对象）,才会用equals()方法来判断两个对象的内容是否相同。

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 HashSet的源代码如下：

 

[java] view plain copy

 

1. public class HashSet<E>  
2. extends AbstractSet<E>  
3. implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable  
4. {  
5. static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;  
6.   
7. // 底层使用HashMap来保存HashSet中所有元素。  
8. private transient HashMap<E,Object> map;  
9.   
10. // 定义一个虚拟的Object对象作为HashMap的value，将此对象定义为static final。  
11. private static final Object PRESENT = new Object();  
12.   
13. /** 
14. * 默认的无参构造器，构造一个空的HashSet。 
15. *  
16. * 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。 
17. */  
18. public HashSet() {  
19. map = new HashMap<E,Object>();  
20. }  
21.   
22. /** 
23. * 构造一个包含指定collection中的元素的新set。 
24. * 
25. * 实际底层使用默认的加载因子0.75和足以包含指定 
26. * collection中所有元素的初始容量来创建一个HashMap。 
27. * @param c 其中的元素将存放在此set中的collection。 
28. */  
29. public HashSet(Collection<? extends E> c) {  
30. map = new HashMap<E,Object>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));  
31. addAll(c);  
32. }  
33.   
34. /** 
35. * 以指定的initialCapacity和loadFactor构造一个空的HashSet。 
36. * 
37. * 实际底层以相应的参数构造一个空的HashMap。 
38. * @param initialCapacity 初始容量。 
39. * @param loadFactor 加载因子。 
40. */  
41. public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {  
42. map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);  
43. }  
44.   
45. /** 
46. * 以指定的initialCapacity构造一个空的HashSet。 
47. * 
48. * 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。 
49. * @param initialCapacity 初始容量。 
50. */  
51. public HashSet(int initialCapacity) {  
52. map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity);  
53. }  
54.   
55. /** 
56. * 以指定的initialCapacity和loadFactor构造一个新的空链接哈希集合。 
57. * 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。 
58. * 
59. * 实际底层会以指定的参数构造一个空LinkedHashMap实例来实现。 
60. * @param initialCapacity 初始容量。 
61. * @param loadFactor 加载因子。 
62. * @param dummy 标记。 
63. */  
64. HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {  
65. map = new LinkedHashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);  
66. }  
67.   
68. /** 
69. * 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。 
70. *  
71. * 底层实际调用底层HashMap的keySet来返回所有的key。 
72. * 可见HashSet中的元素，只是存放在了底层HashMap的key上， 
73. * value使用一个static final的Object对象标识。 
74. * @return 对此set中元素进行迭代的Iterator。 
75. */  
76. public Iterator<E> iterator() {  
77. return map.keySet().iterator();  
78. }  
79.   
80. /** 
81. * 返回此set中的元素的数量（set的容量）。 
82. * 
83. * 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。 
84. * @return 此set中的元素的数量（set的容量）。 
85. */  
86. public int size() {  
87. return map.size();  
88. }  
89.   
90. /** 
91. * 如果此set不包含任何元素，则返回true。 
92. * 
93. * 底层实际调用HashMap的isEmpty()判断该HashSet是否为空。 
94. * @return 如果此set不包含任何元素，则返回true。 
95. */  
96. public boolean isEmpty() {  
97. return map.isEmpty();  
98. }  
99.   
100. /** 
101. * 如果此set包含指定元素，则返回true。 
102. * 更确切地讲，当且仅当此set包含一个满足(o==null ? e==null : o.equals(e)) 
103. * 的e元素时，返回true。 
104. * 
105. * 底层实际调用HashMap的containsKey判断是否包含指定key。 
106. * @param o 在此set中的存在已得到测试的元素。 
107. * @return 如果此set包含指定元素，则返回true。 
108. */  
109. public boolean contains(Object o) {  
110. return map.containsKey(o);  
111. }  
112.   
113. /** 
114. * 如果此set中尚未包含指定元素，则添加指定元素。 
115. * 更确切地讲，如果此 set 没有包含满足(e==null ? e2==null : e.equals(e2)) 
116. * 的元素e2，则向此set 添加指定的元素e。 
117. * 如果此set已包含该元素，则该调用不更改set并返回false。 
118. * 
119. * 底层实际将将该元素作为key放入HashMap。 
120. * 由于HashMap的put()方法添加key-value对时，当新放入HashMap的Entry中key 
121. * 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）， 
122. * 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， 
123. * 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， 
124. * 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。 
125. * @param e 将添加到此set中的元素。 
126. * @return 如果此set尚未包含指定元素，则返回true。 
127. */  
128. public boolean add(E e) {  
129. return map.put(e, PRESENT)==null;  
130. }  
131.   
132. /** 
133. * 如果指定元素存在于此set中，则将其移除。 
134. * 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， 
135. * 则将其移除。如果此set已包含该元素，则返回true 
136. * （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）。 
137. * 
138. * 底层实际调用HashMap的remove方法删除指定Entry。 
139. * @param o 如果存在于此set中则需要将其移除的对象。 
140. * @return 如果set包含指定元素，则返回true。 
141. */  
142. public boolean remove(Object o) {  
143. return map.remove(o)==PRESENT;  
144. }  
145.   
146. /** 
147. * 从此set中移除所有元素。此调用返回后，该set将为空。 
148. * 
149. * 底层实际调用HashMap的clear方法清空Entry中所有元素。 
150. */  
151. public void clear() {  
152. map.clear();  
153. }  
154.   
155. /** 
156. * 返回此HashSet实例的浅表副本：并没有复制这些元素本身。 
157. * 
158. * 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。 
159. */  
160. public Object clone() {  
161. try {  
162. HashSet<E> newSet = (HashSet<E>) super.clone();  
163. newSet.map = (HashMap<E, Object>) map.clone();  
164. return newSet;  
165. } catch (CloneNotSupportedException e) {  
166. throw new InternalError();  
167. }  
168. }  
169. }