Set集合之HashSet

我会带着你远行 2023-10-04 11:19 44阅读 0赞

# 定义 #

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

> HashSet
> 
> 继承了AbstractSet
> 
> 实现了Set接口，支持Set接口中定义的操作
> 
> 实现了Cloneable接口，支持对象克隆
> 
> 实现了Serializable接口，支持对象序列化，反序列化

# 底层数据结构 #

HashSet的集合元素都是存储在map的key中

private transient HashMap<E,Object> map;

> 这里map是HashMap集合。所以我们知道HashSet底层依赖于HashMap的实现。所以HashSet的数据结构也就是HashMap的数据结构。
> 
> 所以HashSet集合的底层数据结构可以说是哈希表，更加具体是【数组+单向链表+红黑树】

## HashSet集合特点 ##

> HashSet集合元素 无序，不可重复。
> 
> HashSet集合元素相当于HashMap集合的key列数据。
> 
> HashSet集合元素的无序性，是指元素插入顺序和取出顺序不一致。但是HashSet存储元素是基于哈希表存入的，所以元素的存储位置是哈希函数决定的。即（n-1）& hash。
> 
> HashSet集合元素可以为null,因为HashMap的key可以为null。
> 
> HashSet的集合元素不可重复，其实是指HashSet集合元素不会重复，因为HashMap的key列元素不会重复，当在HashMap中插入重复key的键值对时，只会覆盖老的value值，而保持其key唯一。

## HashSet集合元素的哈希冲突判断 ##

> 由于HashSet集合元素就是HashMap的key列。
> 
> 所以HashSet集合元素的存储也要可能发生哈希冲突。
> 
> 当ele和oldEle通过哈希函数（n-1）& hash 计算出来的索引位置相同时，
> 
> hash(ele) == hash(oldEle) && (ele == oldEle || (ele != null && ele.equals(oldEle)))
> 
> 且当上面判断为true时，说明ele和oldEle相同，未发生哈希冲突。
> 
> 若上面判断为false时，则说明ele和oldEle不同，则发生哈希冲突。
> 
> 发生哈希冲突时，冲突的HashSet集合元素会以单向链表或者红黑树挂载在桶位置下面。

# 成员变量 #

static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;
    
        private transient HashMap<E,Object> map;
    
        // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
        private static final Object PRESENT = new Object();

>     serialVersionUID : 序列化ID，与HashSet存储数据能力实现无关
> 
>     map : HashSet集合元素实际存储的地方，即HashSet集合元素其实都是存储在HashMap的key列中。
> 
>     PRESENT ： 一个Object类型对象，由于HashMap集合是双列集合，其中key列存储的是HashSet的集合元素，而所有的key对应的value列数据都是PRESENT；

# 构造器 #

## public HashSet() ##

/**
         * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has
         * default initial capacity (16) and load factor (0.75).
         */
        public HashSet() {
            map = new HashMap<>();
        }

> HashSet无参构造器，内部完成map初始化，即将map初始化为new HashMap();
> 
> 最终map底层哈希表长度为16，负载因子为0.75

## public HashSet(Collection<? extends E> c) ##

/**
         * Constructs a new set containing the elements in the specified
         * collection.  The <tt>HashMap</tt> is created with default load factor
         * (0.75) and an initial capacity sufficient to contain the elements in
         * the specified collection.
         *
         * @param c the collection whose elements are to be placed into this set
         * @throws NullPointerException if the specified collection is null
         */
        public HashSet(Collection<? extends E> c) {
            map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
            addAll(c);
        }

> HashSet指定初始集合元素的构造器，内部完成map初始化
> 
> 其中map初始化的容量为 c.size()/0.75 和 16的最大值
> 
> 之后使用addAll将集合c中元素添加进当前HashSet集合中

## public HashSet(int initialCapacity) ##

/**
         * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has
         * the specified initial capacity and default load factor (0.75).
         *
         * @param      initialCapacity   the initial capacity of the hash table
         * @throws     IllegalArgumentException if the initial capacity is less
         *             than zero
         */
        public HashSet(int initialCapacity) {
            map = new HashMap<>(initialCapacity);
        }

> 指定初始化容量的HashSet构造器
> 
> 内部完成map初始化，初始化容量为指定的初始化容量，但是map底层哈希表实际容量为tableSizeFor(initialCapacity)

## public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) ##

/**
         * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has
         * the specified initial capacity and the specified load factor.
         *
         * @param      initialCapacity   the initial capacity of the hash map
         * @param      loadFactor        the load factor of the hash map
         * @throws     IllegalArgumentException if the initial capacity is less
         *             than zero, or if the load factor is nonpositive
         */
        public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
            map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
        }

> 指定初始化容量和负载因子的HashSet构造器
> 
> 内部完成map的初始化，map底层哈希表的初始化容量为tableSizeFor(initialCapacity),负载因子为loadFactor

## HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) ##

/**
         * Constructs a new, empty linked hash set.  (This package private
         * constructor is only used by LinkedHashSet.) The backing
         * HashMap instance is a LinkedHashMap with the specified initial
         * capacity and the specified load factor.
         *
         * @param      initialCapacity   the initial capacity of the hash map
         * @param      loadFactor        the load factor of the hash map
         * @param      dummy             ignored (distinguishes this
         *             constructor from other int, float constructor.)
         * @throws     IllegalArgumentException if the initial capacity is less
         *             than zero, or if the load factor is nonpositive
         */
        HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
            map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
        }

> 该构造器为默认访问权限，即同包访问，即我们日常使用时，无法使用该构造器。
> 
> 该构造器主要是给HashSet子类LinkedHashSet使用。

# 成员方法 #

## public boolean add(E e) ##

/**
         * Adds the specified element to this set if it is not already present.
         * More formally, adds the specified element <tt>e</tt> to this set if
         * this set contains no element <tt>e2</tt> such that
         * <tt>(e==null ? e2==null : e.equals(e2))</tt>.
         * If this set already contains the element, the call leaves the set
         * unchanged and returns <tt>false</tt>.
         *
         * @param e element to be added to this set
         * @return <tt>true</tt> if this set did not already contain the specified
         * element
         */
        public boolean add(E e) {
            return map.put(e, PRESENT)==null;
        }

> 可以看出HashSet的add方法内部调用HashMap的put方法
> 
> HashMap的put方法具有新增和修改功能。其中新增是对于key-valule（返回null），修改是对于value（返回老的value）
> 
> 而对于HashSet而言，只关注map的key列，value数据永远时PRESENT。所以map的put修改功能对key（HashSet的集合元素）无效果，或者说put修改功能在HashSet体现为永远返回PRESENT。
> 
> （注意这里就是为什么将HashSet底层HashMap的value设置为PRESENT,而不是null的原因。如果图方便，将HashSet底层的map的value设置为null，则put重复key时，会导致put方法返回的被覆盖的value值总是null，那么就无法判断HashSet的add方法是否添加key成功了）
> 
> 所以HashSet新增重复元素时，底层map的key列无变化。此时add方法返回false。
> 
> 新增不重复元素时，底层map的key会新增元素，此时add方法返回true。

## public boolean remove(Object o) ##

/**
         * Removes the specified element from this set if it is present.
         * More formally, removes an element <tt>e</tt> such that
         * <tt>(o==null ? e==null : o.equals(e))</tt>,
         * if this set contains such an element.  Returns <tt>true</tt> if
         * this set contained the element (or equivalently, if this set
         * changed as a result of the call).  (This set will not contain the
         * element once the call returns.)
         *
         * @param o object to be removed from this set, if present
         * @return <tt>true</tt> if the set contained the specified element
         */
        public boolean remove(Object o) {
            return map.remove(o)==PRESENT;
        }

> HashSet的remove方法依赖于底层HashMap的remove方法
> 
> 我们知道HashMap的remove方法，删除存在的key的键值对时，会将对应的value作为方法返回值，删除不存在的key的键值对时，会直接返回null。
> 
> 而HashSet底层的HashMap的value永远是PRESENT。所以如果删除的元素(key)存在,则会返回PRESENT，否则返回null。
> 
> 这就可以帮助HashSet的remove方法判断是否删除成功了。

## public void clear() ##

/**
         * Removes all of the elements from this set.
         * The set will be empty after this call returns.
         */
        public void clear() {
            map.clear();
        }

> HashSet的clear方法依赖于底层map的clear方法

## public boolean contains(Object o) ##

/**
         * Returns <tt>true</tt> if this set contains the specified element.
         * More formally, returns <tt>true</tt> if and only if this set
         * contains an element <tt>e</tt> such that
         * <tt>(o==null ? e==null : o.equals(e))</tt>.
         *
         * @param o element whose presence in this set is to be tested
         * @return <tt>true</tt> if this set contains the specified element
         */
        public boolean contains(Object o) {
            return map.containsKey(o);
        }

> HashSet的contains方法依赖于底层map的containsKey方法

## public int size() ##

/**
         * Returns the number of elements in this set (its cardinality).
         *
         * @return the number of elements in this set (its cardinality)
         */
        public int size() {
            return map.size();
        }

> HashSet的size方法依赖于底层map的size方法

## public boolean isEmpty() ##

/**
         * Returns <tt>true</tt> if this set contains no elements.
         *
         * @return <tt>true</tt> if this set contains no elements
         */
        public boolean isEmpty() {
            return map.isEmpty();
        }

> HashSet的isEmpty方法依赖于底层map的isEmpty方法

## public Object clone() ##

/**
         * Returns a shallow copy of this <tt>HashSet</tt> instance: the elements
         * themselves are not cloned.
         *
         * @return a shallow copy of this set
         */
        @SuppressWarnings("unchecked")
        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(e);
            }
        }

> 可以看出HashSet的clone()方法返回的是浅克隆对象，因为没有针对集合元素对象的克隆

# 迭代器 #

## public Iterator<E> iterator() ##

/**
         * Returns an iterator over the elements in this set.  The elements
         * are returned in no particular order.
         *
         * @return an Iterator over the elements in this set
         * @see ConcurrentModificationException
         */
        public Iterator<E> iterator() {
            return map.keySet().iterator();
        }

> HashSet的迭代器对象通过iterator()方法返回。
> 
> 而该方法内部依赖于底层map.keySet().iterator()。map.keySet().iterator()返回的是KeyIterator迭代器对象，该类重写next方法。
> 
> 而KeyIterator类继承了HashIterator，HashIteator提供了hasNext(),remove()方法

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