深入Java集合学习系列:HashSet的实现原理

系统 1549 0

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 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,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)


 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。

------------------------------------------------------------------------------------------

 

  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;  
  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. <span
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