HashSet源码解析&Map迭代器

Posted 2020-06-10

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了HashSet源码解析&Map迭代器相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

今天的主角是HashSet，Set是什么东东，当然也是一种java容器了。

那么今天的HashSet它又是怎么一回事的，他的存在又是为了解决什么问题呢？

先来看下Set的特点：Set元素无顺序，且元素不可以重复。。想到了什么？无顺序，由于散列的缘故；不可重复，HashMap的key就是不能重复的。是的，你有想对了。HashSet就是基于HashMap的key来实现的，整个HashSet中基本所有方法都是调用的HashMap的方法。利用HashMap可以实现两个卖点：1.不可重复，2.快速查找（contains）。

一起来看下吧：

1.定义

public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable

我们看到HashSet继承了AbstractSet抽象类，并实现了Set、Cloneable、Serializable接口。AbstractSet是一个抽象类，对一些基础的set操作进行封装。继续来看下Set接口的定义：

public interface Set<E> extends Collection<E> {
    // Query Operations
    int size();
    boolean isEmpty();
    boolean contains(Object o);
    Iterator<E> iterator();
    Object[] toArray();
    <T> T[] toArray(T[] a);
    // Modification Operations
    boolean add(E e);
    boolean remove(Object o);
    // Bulk Operations
    boolean containsAll(Collection<?> c);
    boolean addAll(Collection<? extends E> c);
    boolean retainAll(Collection<?> c);
    boolean removeAll(Collection<?> c);
    void clear();
    // Comparison and hashing
    boolean equals(Object o);
    int hashCode();
}

发现了什么，Set接口和java.util.List接口一样也实现了Collection接口，但是Set和List所不同的是，Set没有get等跟下标先关的一些操作方法，那怎么取值呢？Iterator还记得吗，使用迭代器对不对。（不明白的回去看Iterator讲解）

2.底层存储

// 底层使用HashMap来保存HashSet的元素
    private transient HashMap<E,Object> map;
 
    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
    // 由于Set只使用到了HashMap的key，所以此处定义一个静态的常量Object类，来充当HashMap的value
    private static final Object PRESENT = new Object();

看到这里就明白了，和我们前面说的一样，HashSet是用HashMap来保存数据，而主要使用到的就是HashMap的key。

看到private static final Object PRESENT = new Object();不知道你有没有一点疑问呢。这里使用一个静态的常量Object类来充当HashMap的value，既然这里map的value是没有意义的，为什么不直接使用null值来充当value呢？比如写成这样子privatefinal Object PRESENT = null;我们都知道的是，Java首先将变量PRESENT分配在栈空间，而将new出来的Object分配到堆空间，这里的new Object()是占用堆内存的（一个空的Object对象占用8byte），而null值我们知道，是不会在堆空间分配内存的。那么想一想这里为什么不使用null值。想到什么吗，看一个异常类java.lang.NullPointerException，噢买尬，这绝对是Java程序员的一个噩梦，这是所有Java程序猿都会遇到的一个异常，你看到这个异常你以为很好解决，但是有些时候也不是那么容易解决，Java号称没有指针，但是处处碰到NullPointerException。所以啊，为了从根源上避免NullPointerException的出现，浪费8个byte又怎么样，在下面的代码中我再也不会写这样的代码啦if (xxx == null) { … } else {….}，好爽。

3.构造方法

/**
     * 使用HashMap的默认容量大小16和默认加载因子0.75初始化map，构造一个HashSet
     */
    public HashSet() {
        map = new HashMap<E,Object>();
    }
 
    /**
     * 构造一个指定Collection参数的HashSet，这里不仅仅是Set，只要实现Collection接口的容器都可以
     */
    public HashSet(Collection<? extends E> c) {
        map = new HashMap<E,Object>(Math. max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
       // 使用Collection实现的Iterator迭代器，将集合c的元素一个个加入HashSet中
       addAll(c);
    }
 
    /**
     * 使用指定的初始容量大小和加载因子初始化map，构造一个HashSet
     */
    public HashSet( int initialCapacity, float loadFactor) {
        map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
    }
 
    /**
     * 使用指定的初始容量大小和默认的加载因子0.75初始化map，构造一个HashSet
     */
    public HashSet( int initialCapacity) {
        map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity);
    }
 
    /**
     * 不对外公开的一个构造方法（默认default修饰），底层构造的是LinkedHashMap，dummy只是一个标示参数，无具体意义
     */
    HashSet( int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
        map = new LinkedHashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
}

从构造方法可以很轻松的看出，HashSet的底层是一个HashMap，理解了HashMap后，这里没什么可说的。只有最后一个构造方法有写区别，这里构造的是LinkedHashMap，该方法不对外公开，实际上是提供给LinkedHashSet使用的，而第三个参数dummy是无意义的，只是为了区分其他构造方法。

4.增加和删除

    /**
     * 利用HashMap的put方法实现add方法
     */
    public boolean add(E e) {
        return map .put(e, PRESENT)== null;
    }
 
    /**
     * 利用HashMap的remove方法实现remove方法
     */
    public boolean remove(Object o) {
        return map .remove(o)==PRESENT;
    }
 
    /**
     * 添加一个集合到HashSet中，该方法在AbstractCollection中
     */
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
        boolean modified = false;
       // 取得集合c迭代器Iterator
       Iterator<? extends E> e = c.iterator();
       // 遍历迭代器
        while (e.hasNext()) {
           // 将集合c的每个元素加入到HashSet中
           if (add(e.next()))
              modified = true;
       }
        return modified;
    }
 
    /**
     * 删除指定集合c中的所有元素，该方法在AbstractSet中
     */
    public boolean removeAll(Collection<?> c) {
        boolean modified = false;
 
        // 判断当前HashSet元素个数和指定集合c的元素个数，目的是减少遍历次数
        if (size() > c.size()) {
            // 如果当前HashSet元素多，则遍历集合c，将集合c中的元素一个个删除
            for (Iterator<?> i = c.iterator(); i.hasNext(); )
                modified |= remove(i.next());
        } else {
            // 如果集合c元素多，则遍历当前HashSet，将集合c中包含的元素一个个删除
            for (Iterator<?> i = iterator(); i.hasNext(); ) {
                if (c.contains(i.next())) {
                    i.remove();
                    modified = true;
                }
            }
        }
        return modified;
}

5.是否包含

/**
     * 利用HashMap的containsKey方法实现contains方法
     */
    public boolean contains(Object o) {
        return map .containsKey(o);
    }
 
    /**
     * 检查是否包含指定集合中所有元素，该方法在AbstractCollection中
     */
    public boolean containsAll(Collection<?> c) {
       // 取得集合c的迭代器Iterator
       Iterator<?> e = c.iterator();
       // 遍历迭代器，只要集合c中有一个元素不属于当前HashSet，则返回false
        while (e.hasNext())
           if (!contains(e.next()))
               return false;
        return true;
}

　　由于HashMap基于hash表实现，hash表实现的容器最重要的一点就是可以快速存取，那么HashSet对于contains方法，利用HashMap的containsKey方法，效率是非常之快的。在我看来，这个方法也是HashSet最核心的卖点方法之一。

6.容量检查

/**
     * Returns the number of elements in this set (its cardinality).
     *
     * @return the number of elements in this set (its cardinality)
     */
    public int size() {
        return map .size();
    }
 
    /**
     * Returns <tt>true</tt> if this set contains no elements.
     *
     * @return <tt> true</tt> if this set contains no elements
     */
    public boolean isEmpty() {
        return map .isEmpty();
    }

　　以上代码都很简单，因为基本都是基于HashMap实现，只要理解了HashMap，HashSet理解起来真的是小菜一碟了。

那么HashSet就结束了。。。等等，不对还有一个东西，那就是迭代器，在HashMap和LinkedHashMap中都说过，这两个的迭代器实现都要依赖Set接口，下面就让我们先看下HashSet的迭代器吧。

7.迭代器

7.1 HashMap的迭代器

在《Iterator设计模式》中，我们分析了，实现Iterator迭代器的几个角色，并且自己简单实现了一个。而且我们看到Collection实现了Iterable接口，并且要求其子类实现一个返回Iterator接口的iterator()方法。那么既然HashSet是Collection的孙子类，那么HashSet也应该实现了一个返回Iterator接口的iterator()方法，对不对，我们去看看。

/**
     * Returns an iterator over the elements in this set.  The elements
     * are returned in no particular order.
     *
     * @return an Iterator over the elements in this set
     * @see ConcurrentModificationException
     */
    public Iterator<E> iterator() {
        return map .keySet().iterator();
    }

我cha，咋回事，HashSet的iterator()方法竟然也是利用HashMap实现的，我们去看看HashMap的keySet()方法是什么鬼。

public Set<K> keySet() {
        Set<K> ks = keySet;
        return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet()));
}

HashMap的keySet()方法的返回值竟然是一个Set，具体实现是一个叫KeySet的东东，KeySet又是什么鬼。

private final class KeySet extends AbstractSet<K> {
        public Iterator<K> iterator() {
            return newKeyIterator();
        }
        public int size() {
            return size ;
        }
        public boolean contains(Object o) {
            return containsKey(o);
        }
        public boolean remove(Object o) {
            return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null;
        }
        public void clear() {
            HashMap. this.clear();
        }
}

哦，KeySet是一个实现了AbstractSet的HashMap的内部类。而KeySet的iterator()方法返回的是一个newKeyIterator()方法，好绕好绕，头晕了。

Iterator<K> newKeyIterator()   {
        return new KeyIterator();
}

newKeyIterator()方法返回的又是一个KeyIterator()方法，what are you 弄啥嘞？

private final class KeyIterator extends HashIterator<K> {
        public K next() {
            return nextEntry().getKey();
        }
}

　　好吧，不想说什么了，继续往下看吧。

private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {
        // 下一个需要返回的节点
        Entry<K,V> next;   // next entry to return
        int expectedModCount ;     // For fast-fail
        int index ;          // current slot
        // 当前需要返回的节点
        Entry<K,V> current;// current entry
 
        HashIterator() {
            expectedModCount = modCount ;
            if (size > 0) { // advance to first entry
                Entry[] t = table;
               // 初始化next参数，将next赋值为HashMap底层的第一个不为null节点
                while (index < t.length && ( next = t[index ++]) == null)
                    ;
            }
        }
 
        public final boolean hasNext() {
            return next != null;
        }
 
        final Entry<K,V> nextEntry() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
            // 取得HashMap底层数组中链表的一个节点
            Entry<K,V> e = next;
            if (e == null)
                throw new NoSuchElementException();
 
           &以上是关于HashSet源码解析&Map迭代器的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
 迭代器遍历ListSetMap&& 遍历集合的方法总结 && Collections工具类
 HashSet源码解析
 容器集合（集合的进阶，Collection，List，Set，Map，Map集合的综合使用--斗地主案列，并发修改异常，列表迭代器，Java面试中几个集合面试题）
 Java集合框架 Map接口实现类--HashMap源码分析 & HasmMap与HashSet的关系 & HashTable & Properties（HashTable 的
 HashSet 源码分析
 Set之HashSet源码解析
 

   
   
  
    
   
        
       


   
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