java容器类源码分析——HashSet和LinkedHashSet

首先对Set接口进行简要的说明。

     存入Set的每个元素必须是惟一的，因为Set不保存重复元素。加入Set的元素必须定义equals()方法以确保对象的唯一性。Set不保证维护元素的次序。Set与Collection有完全一样的接口。

     在没有其他限制的情况下需要Set时应尽量使用HashSet，因为它对速度进行了优化。

     下面是HashSet的定义：

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

HashSet继承了AbstractSet，实现了Set接口。其实AbstractSet已经实现Set接口了。AbstractSet继承自AbstractCollection，而AbstractCollection实现了Collection接口的部分方法，而Set接口和Collection接口完全一致，所以AbstractSet只是实现了AbstractCollection没有实现的Set接口的方法和重写了部分AbstractCollection已经实现的方法。

     下面是HashSet定义的属性：

1 private transient HashMap<E,Object> map;
2 private static final Object PRESENT = new Object();

为什么会有一个HashMap<E,Object>定义的属性？

     想一下HashMap有什么特点：基于哈希表，存储键值对，Key不能相同等等。Key不能相同！这个特点是不是和Set的元素不能相同和类似？如果将Set的元素当成Map的Key，是否就保证了元素的不重复？！答案是肯定的。但是Map存储键值对，Key有了，那么Value呢？这正是第二个属性PERSENT的意义。看到PERSENT属性时一个Object对象，且是static和final的，它的用途就是当做Value存进map中。

     总结一下，HashSet的实现方式大致如下，通过一个HashMap存储元素，元素是存放在HashMap的Key中，而Value统一使用一个Object对象。

     这样看来HashSet应该很简单，应该只是使用了HashMap的部分内容来实现。

     下面看具体的其它代码来验证上面的猜想。

     构造方法：

1 // 构造方法一：调用默认的HashMap构造方法初始化map
 2 public HashSet() {
 3     map = new HashMap<E,Object>();
 4 }
 5 // 构造方法二：根据给定的Collection参数调用HashMap(int initialCapacity)的构造方法创建一个HashMap（这个构造方法的HashMap的源码分析里已经描述过了）
 6 // 调用addAll方法将c中的元素添加到HashSet对象中
 7 public HashSet(Collection<? extends E> c) {
 8     map = new HashMap<E,Object>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
 9     addAll(c);
10 }
11 // 构造方法三：构造一个指定初始化容量和负载因子的HashMap
12 public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
13     map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
14 }
15 // 构造方法四：构造一个指定初始化容量的HashMap
16 public HashSet(int initialCapacity) {
17     map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity);
18 }
19 // 构造方法五：构造一个指定初始化容量和负载因子的LinkedHashMap
20 // dummy参数被忽略，只是用于区分其他的，包含一个int、float参数的构造方法
21 HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
22     map = new LinkedHashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
23 }

上面的构造方法都很简单，只有构造方法二中调用了addAll(Collection<? extends E> c)方法。该方法在AbstractCollection中定义，HashSet通过继承拥有该方法。

1 public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
2     boolean modified = false;
3     Iterator<? extends E> e = c.iterator();
4     while (e.hasNext()) {
5         if (add(e.next()))
6         modified = true;
7     }
8     return modified;
9 }

这个方法通过遍历c中的元素，然后调用add(E e)方法添加元素。

1 public boolean add(E e) {
2     return map.put(e, PRESENT)==null;
3 }

看add(E e)方法只是调用了HashMap（构造方法中提供了创建LinkedHashMap的方式，但是LinkedHashMap是继承HashMap的，put方法也是调用HashMap的put方法）的put方法将e当做Key，PERSENT当做Value加入到map中并根据返回值判断是否添加成功。

     因为HashMap的put方法在Key已经存在的情况下返回的是对应的Value值，若Key不存在则返回的是null，所以根据返回的是null可以确定新元素被添加到HashSet中了，如果返回的是其他值则说明Key已经存在，即元素已经在HashSet中已经存在，add(E e)返回的结果为false。虽然add(E e)返回false说明了HashSet添加元素失败，但实际上其中的map中的内容已经被替换，原先的值被PERSENT代替。

     如果原先的值就是null呢？其实不用考虑这个问题，因为通过HashSet添加的元素，Value的内容都是PERSENT，不会出现null的情况。

     iterator()

1 public Iterator<E> iterator() {
2     return map.keySet().iterator();
3 }

很清楚了，返回的是HashMap中KeySet的迭代器。

     size()

1 public int size() {
2     return map.size();
3 }

size()方法同样返回的是map的大小，所以HashSet根本就没定义size属性。

1 public boolean isEmpty() {
2     return map.isEmpty();
3 }

既然size()用的是map的大小，那么isEmpty()自然也是判断map。

1 public boolean contains(Object o) {
 2     return map.containsKey(o);
 3 }
 4 public void clear() {
 5     map.clear();
 6 }
 7 public Object clone() {
 8     try {
 9         HashSet<E> newSet = (HashSet<E>) super.clone();
10         newSet.map = (HashMap<E, Object>) map.clone();
11         return newSet;
12     } catch (CloneNotSupportedException e) {
13         throw new InternalError();
14     }
15 }

这几个方法就不解释了。

1 public boolean remove(Object o) {
2     return map.remove(o)==PRESENT;
3 }

remove(Object o)为什么还要判断结果呢？因为通过HashSet存入的元素，所对应的Value值都是PERSENT，如果传入的o不存在，map的remove方法返回为null，则对应的结果是HashSet的remove操作应该放回false，所以这里根据返回的结果判断是否移除成功。

     只能感叹HashMap太强大了，HashSet是完全使用HashMap来实现的。
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     LinkedHashSet源码分析

     LinkedHashSet具有HashSet的查询速度，且内部使用链表维护元素的顺序（插入的次序）。于是在使用迭代器遍历Set时，结果会按照元素的插入次序显示。

     看LinkedHashSet的内容。

1 public class LinkedHashSet<E>
 2     extends HashSet<E>
 3     implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable {
 4 
 5     public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
 6             super(initialCapacity, loadFactor, true);
 7     }
 8 
 9     public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
10         super(initialCapacity, .75f, true);
11     }
12 
13     public LinkedHashSet() {
14         super(16, .75f, true);
15     }
16 
17     public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c) {
18         super(Math.max(2*c.size(), 11), .75f, true);
19         addAll(c);
20     }
21 }

LinkedHashSet继承自HashSet，HashSet基于HashMap实现，看LinkedHashSet类只是定义了四个构造方法，也没看到和链表相关的内容，为什么说LinkedHashSet内部使用链表维护元素的插入顺序（插入的顺序）呢？

    注意这里的构造方法，都调用了父类HashSet的第五个构造方法：HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy)。如果还记得上面的内容应该明白为什么是基于链表，下面再给出这个构造方法的内容。

1 HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
2     map = new LinkedHashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
3 }

  区别于其他的HashSet的构造方法，这个方法创建的是一个LinkedHashMap。LinkedHashMap继承自HashMap，同时自身有一个链表结构用于维护元素顺序，默认情况使用的是插入元素（见《LinkedHashMap源码分析》），所以LinkedHashSet既有HashSet的访问速度（因为访问的时候都是通过HashSet的方法访问的），同时可以维护顺序。

    下面是一个HashSet和LinkedHashSet维护元素顺序的例子。

1 Set<String> linkedSet = new LinkedHashSet<String>();
 2 linkedSet.add("First");
 3 linkedSet.add("Second");
 4 linkedSet.add("Thrid");
 5 linkedSet.add("Fourth");
 6 System.out.println("LinkedHashSet:"+linkedSet);
 7 Set<String> hashSet = new HashSet<String>();
 8 hashSet.add("First");
 9 hashSet.add("Second");
10 hashSet.add("Thrid");
11 hashSet.add("Fourth");
12 System.out.println("HashSet:"+hashSet);
13 // LinkedHashSet:[First, Second, Thrid, Fourth]
14 // HashSet:[Fourth, Second, Thrid, First]