HashSet实现原理

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

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）

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，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。

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HashSet的源代码如下：

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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. // 底层使用HashMap来保存HashSet中所有元素。
7. private transient HashMap<E,Object> map;
8. // 定义一个虚拟的Object对象作为HashMap的value，将此对象定义为static final。
9. private static final Object PRESENT = new Object();
10. /**
11. * 默认的无参构造器，构造一个空的HashSet。
12. *
13. * 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。
14. */
15. public HashSet() {
16. map = new HashMap<E,Object>();
17. }
18. /**
19. * 构造一个包含指定collection中的元素的新set。
20. *
21. * 实际底层使用默认的加载因子0.75和足以包含指定
22. * collection中所有元素的初始容量来创建一个HashMap。
23. * @param c 其中的元素将存放在此set中的collection。
24. */
25. public HashSet(Collection<? extends E> c) {
26. map = new HashMap<E,Object>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
27. addAll(c);
28. }
29. /**
30. * 以指定的initialCapacity和loadFactor构造一个空的HashSet。
31. *
32. * 实际底层以相应的参数构造一个空的HashMap。
33. * @param initialCapacity 初始容量。
34. * @param loadFactor 加载因子。
35. */
36. public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
37. map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
38. }
39. /**
40. * 以指定的initialCapacity构造一个空的HashSet。
41. *
42. * 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。
43. * @param initialCapacity 初始容量。
44. */
45. public HashSet(int initialCapacity) {
46. map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity);
47. }
48. /**
49. * 以指定的initialCapacity和loadFactor构造一个新的空链接哈希集合。
50. * 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。
51. *
52. * 实际底层会以指定的参数构造一个空LinkedHashMap实例来实现。
53. * @param initialCapacity 初始容量。
54. * @param loadFactor 加载因子。
55. * @param dummy 标记。
56. */
57. HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
58. map = new LinkedHashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
59. }
60. /**
61. * 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。
62. *
63. * 底层实际调用底层HashMap的keySet来返回所有的key。
64. * 可见HashSet中的元素，只是存放在了底层HashMap的key上，
65. * value使用一个static final的Object对象标识。
66. * @return 对此set中元素进行迭代的Iterator。
67. */
68. public Iterator<E> iterator() {
69. return map.keySet().iterator();
70. }
71. /**
72. * 返回此set中的元素的数量（set的容量）。
73. *
74. * 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。
75. * @return 此set中的元素的数量（set的容量）。
76. */
77. public int size() {
78. return map.size();
79. }
80. /**
81. * 如果此set不包含任何元素，则返回true。
82. *
83. * 底层实际调用HashMap的isEmpty()判断该HashSet是否为空。
84. * @return 如果此set不包含任何元素，则返回true。
85. */
86. public boolean isEmpty() {
87. return map.isEmpty();
88. }
89. /**
90. * 如果此set包含指定元素，则返回true。
91. * 更确切地讲，当且仅当此set包含一个满足(o==null ? e==null : o.equals(e))
92. * 的e元素时，返回true。
93. *
94. * 底层实际调用HashMap的containsKey判断是否包含指定key。
95. * @param o 在此set中的存在已得到测试的元素。
96. * @return 如果此set包含指定元素，则返回true。
97. */
98. public boolean contains(Object o) {
99. return map.containsKey(o);
100. }
101. /**
102. * 如果此set中尚未包含指定元素，则添加指定元素。
103. * 更确切地讲，如果此 set 没有包含满足(e==null ? e2==null : e.equals(e2))
104. * 的元素e2，则向此set 添加指定的元素e。
105. * 如果此set已包含该元素，则该调用不更改set并返回false。
106. *
107. * 底层实际将将该元素作为key放入HashMap。
108. * 由于HashMap的put()方法添加key-value对时，当新放入HashMap的Entry中key
109. * 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），
110. * 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，
111. * 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，
112. * 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。
113. * @param e 将添加到此set中的元素。
114. * @return 如果此set尚未包含指定元素，则返回true。
115. */
116. public boolean add(E e) {
117. return map.put(e, PRESENT)==null;
118. }
119. /**
120. * 如果指定元素存在于此set中，则将其移除。
121. * 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，
122. * 则将其移除。如果此set已包含该元素，则返回true
123. * （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）。
124. *
125. * 底层实际调用HashMap的remove方法删除指定Entry。
126. * @param o 如果存在于此set中则需要将其移除的对象。
127. * @return 如果set包含指定元素，则返回true。
128. */
129. public boolean remove(Object o) {
130. return map.remove(o)==PRESENT;
131. }
132. /**
133. * 从此set中移除所有元素。此调用返回后，该set将为空。
134. *
135. * 底层实际调用HashMap的clear方法清空Entry中所有元素。
136. */
137. public void clear() {
138. map.clear();
139. }
140. /**
141. * 返回此HashSet实例的浅表副本：并没有复制这些元素本身。
142. *
143. * 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。
144. */
145. public Object clone() {
146. try {
147. HashSet<E> newSet = (HashSet<E>) super.clone();
148. newSet.map = (HashMap<E, Object>) map.clone();
149. return newSet;
150. } catch (CloneNotSupportedException e) {
151. throw new InternalError();
152. }
153. }
154. }