Java HashSet的实现原理详解

2022-11-16 14:20:57 浏览数 (1)

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

HashSet是Java Map类型的集合类中最常使用的，本文基于Java1.8，对于HashSet的实现原理做一下详细讲解。

一、HashSet实现原理总结

HashSet的实现原理总结如下：

①是基于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。

③HashSet的其他操作都是基于HashMap的。

二、HashSet的实现原理详解

（转自：http://zhangshixi.iteye.com/blog/673143）

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：

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：

Java代码

  1. public class HashSet<E>
  2. extends AbstractSet<E>
  3. implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
  4. {
  5. static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;
  7. // 底层使用HashMap来保存HashSet中所有元素。
  8. private transient HashMap<E,Object> map;
  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();
  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. }
  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. }
  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. }
  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. }
  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. }
  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. }
  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. }
  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. }
  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. }
  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. }
  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. }
  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. }
  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. }

参考文献：http://alex09.iteye.com/blog/539549

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hashmap 数据结构

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