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深入Java集合学习系列:HashSet的实现原理

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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。

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

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) + 116));  
  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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