深入Java集合學習系列：HashSet的實現原理

文章目錄

• 0.參考文獻
• 3. 相關說明：

0.參考文獻

深入Java集合學習系列：HashSet的實現原理

1.HashSet概述：

　　HashSet實現Set介面，由雜湊表（實際上是一個HashMap執行個體）支援。它不保證set 的迭代順序；特別是它不保證該順序恒久不變。此類允許使用null元素。HashSet中不允許有重複元素，這是因為HashSet是基於HashMap實現的，HashSet中的元素都存放在HashMap的key上面，而value中的值都是統一的一個private static final Object PRESENT = new Object();。HashSet跟HashMap一樣，都是一個存放鏈表的數組。

　　HashSet中add方法調用的是底層HashMap中的put()方法，而如果是在HashMap中調用put，首先會判斷key是否存在，如果key存在則修改value值，如果key不存在這插入這個key-value。而在set中，因為value值沒有用，也就不存在修改value值的說法，因此往HashSet中添加元素，首先判斷元素（也就是key）是否存在，如果不存在這插入，如果存在著不插入，這樣HashSet中就不存在重複值。

2.HashSet的實現：

　　對於HashSet而言，它是基於HashMap實現的，HashSet底層使用HashMap來儲存所有元素，更確切的說，HashSet中的元素，只是存放在了底層HashMap的key上， 而value使用一個static final的Object對象標識。因此HashSet 的實現比較簡單，相關HashSet的操作，基本上都是直接調用底層HashMap的相關方法來完成， HashSet的原始碼如下：

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public class HashSet<E>    extends AbstractSet<E>    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable{    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;    // 底層使用HashMap來儲存HashSet中所有元素。    private transient HashMap<E,Object> map;        // 定義一個虛擬Object對象作為HashMap的value，將此對象定義為static final。    private static final Object PRESENT = new Object();    /**     * 預設的無參構造器，構造一個空的HashSet。     *      * 實際底層會初始化一個空的HashMap，並使用預設初始容量為16和載入因子0.75。     */    public HashSet() {    map = new HashMap<E,Object>();    }    /**     * 構造一個包含指定collection中的元素的新set。     *     * 實際底層使用預設的載入因子0.75和足以包含指定     * collection中所有元素的初始容量來建立一個HashMap。     * @param c 其中的元素將存放在此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構造一個空的HashSet。     *     * 實際底層以相應的參數構造一個空的HashMap。     * @param initialCapacity 初始容量。     * @param loadFactor 載入因子。     */    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {    map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);    }    /**     * 以指定的initialCapacity構造一個空的HashSet。     *     * 實際底層以相應的參數及載入因子loadFactor為0.75構造一個空的HashMap。     * @param initialCapacity 初始容量。     */    public HashSet(int initialCapacity) {    map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity);    }    /**     * 以指定的initialCapacity和loadFactor構造一個新的空連結雜湊集合。     * 此建構函式為包存取權限，不對外公開，實際只是是對LinkedHashSet的支援。     *     * 實際底層會以指定的參數構造一個空LinkedHashMap執行個體來實現。     * @param initialCapacity 初始容量。     * @param loadFactor 載入因子。     * @param dummy 標記。     */    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {    map = new LinkedHashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);    }    /**     * 返回對此set中元素進行迭代的迭代器。返回元素的順序並不是特定的。     *      * 底層實際調用底層HashMap的keySet來返回所有的key。     * 可見HashSet中的元素，只是存放在了底層HashMap的key上，     * value使用一個static final的Object對象標識。     * @return 對此set中元素進行迭代的Iterator。     */    public Iterator<E> iterator() {    return map.keySet().iterator();    }    /**     * 返回此set中的元素的數量（set的容量）。     *     * 底層實際調用HashMap的size()方法返回Entry的數量，就得到該Set中元素的個數。     * @return 此set中的元素的數量（set的容量）。     */    public int size() {    return map.size();    }    /**     * 如果此set不包含任何元素，則返回true。     *     * 底層實際調用HashMap的isEmpty()判斷該HashSet是否為空白。     * @return 如果此set不包含任何元素，則返回true。     */    public boolean isEmpty() {    return map.isEmpty();    }    /**     * 如果此set包含指定元素，則返回true。     * 更確切地講，若且唯若此set包含一個滿足(o==null ? e==null : o.equals(e))     * 的e元素時，返回true。     *     * 底層實際調用HashMap的containsKey判斷是否包含指定key。     * @param o 在此set中的存在已得到測試的元素。     * @return 如果此set包含指定元素，則返回true。     */    public boolean contains(Object o) {    return map.containsKey(o);    }    /**     * 如果此set中尚未包含指定元素，則添加指定元素。     * 更確切地講，如果此 set 沒有包含滿足(e==null ? e2==null : e.equals(e2))     * 的元素e2，則向此set 添加指定的元素e。     * 如果此set已包含該元素，則該調用不更改set並返回false。     *     * 底層實際將將該元素作為key放入HashMap。     * 由於HashMap的put()方法添加key-value對時，當新放入HashMap的Entry中key     * 與集合中原有Entry的key相同（hashCode()傳回值相等，通過equals比較也返回true），     * 新添加的Entry的value會將覆蓋原來Entry的value，但key不會有任何改變，     * 因此如果向HashSet中添加一個已經存在的元素時，新添加的集合元素將不會被放入HashMap中，     * 原來的元素也不會有任何改變，這也就滿足了Set中元素不重複的特性。     * @param e 將添加到此set中的元素。     * @return 如果此set尚未包含指定元素，則返回true。     */    public boolean add(E e) {    return map.put(e, PRESENT)==null;    }    /**     * 如果指定元素存在於此set中，則將其移除。     * 更確切地講，如果此set包含一個滿足(o==null ? e==null : o.equals(e))的元素e，     * 則將其移除。如果此set已包含該元素，則返回true     * （或者：如果此set因調用而發生更改，則返回true）。（一旦調用返回，則此set不再包含該元素）。     *     * 底層實際調用HashMap的remove方法刪除指定Entry。     * @param o 如果存在於此set中則需要將其移除的對象。     * @return 如果set包含指定元素，則返回true。     */    public boolean remove(Object o) {    return map.remove(o)==PRESENT;    }    /**     * 從此set中移除所有元素。此調用返回後，該set將為空白。     *     * 底層實際調用HashMap的clear方法清空Entry中所有元素。     */    public void clear() {    map.clear();    }    /**     * 返回此HashSet執行個體的淺表副本：並沒有複製這些元素本身。     *     * 底層實際調用HashMap的clone()方法，擷取HashMap的淺表副本，並設定到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();        }    }}

3. 相關說明：

1. 相關HashMap的實現原理，請參考我的上一遍總結：深入Java集合學習系列：HashMap的實現原理。
2. 對於HashSet中儲存的對象，請注意正確重寫其equals和hashCode方法，以保證放入的對象的唯一性。