深入源码分析HashSet

约定不等于承诺〃 2022-08-21 08:46 300阅读 0赞

前面我们花了一定的篇幅学习了HashMap的一些底层原理，以及简单了解了HashSet和HashMap两种集合的渊源，现在我们从HashSet源码入手，来学习HashSet更细节的地方。

**对于HashSet而言，它是基于HashMap实现的。HashSet底层采用HashMap来保存元素，因此HashSet底层其实比较简单。**

package java.util;
    
    public class HashSet<E>
        extends AbstractSet<E>
        implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
    {
        static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;
    
        // HashSet是通过map(HashMap对象)保存内容的
        private transient HashMap<E,Object> map;
    
        // 定义一个虚拟的Object PRESENT是向map中插入key-value对应的value
        // 因为HashSet中只需要用到key，而HashMap是key-value键值对；
        // 所以，向map中添加键值对时，键值对的值固定是PRESENT
        private static final Object PRESENT = new Object();
    
        // 默认构造函数 底层创建一个HashMap
        public HashSet() {
            // 调用HashMap的默认构造函数，创建map
            map = new HashMap<E,Object>();
        }
    
        // 带集合的构造函数
        public HashSet(Collection<? extends E> c) {
            // 创建map。
            // 为什么要调用Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16)，从 (c.size()/.75f) + 1 和 16 中选择一个比较大的树呢？        
            // 首先，说明(c.size()/.75f) + 1
            //   因为从HashMap的效率(时间成本和空间成本)考虑，HashMap的加载因子是0.75。
            //   当HashMap的“阈值”(阈值=HashMap总的大小*加载因子) < “HashMap实际大小”时，
            //   就需要将HashMap的容量翻倍。
            //   所以，(c.size()/.75f) + 1 计算出来的正好是总的空间大小。
            // 接下来，说明为什么是 16 。
            //   HashMap的总的大小，必须是2的指数倍。若创建HashMap时，指定的大小不是2的指数倍；
            //   HashMap的构造函数中也会重新计算，找出比“指定大小”大的最小的2的指数倍的数。
            //   所以，这里指定为16是从性能考虑。避免重复计算。
            map = new HashMap<E,Object>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
            // 将集合(c)中的全部元素添加到HashSet中
            addAll(c);
        }
    
        // 指定HashSet初始容量和加载因子的构造函数
        public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
            map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
        }
    
        // 指定HashSet初始容量的构造函数
        public HashSet(int initialCapacity) {
            map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity);
        }
    
        HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
            map = new LinkedHashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
        }
    
        // 返回HashSet的迭代器
        public Iterator<E> iterator() {
            // 实际上返回的是HashMap的“key集合的迭代器”
            return map.keySet().iterator();
        }
       //调用HashMap的size()方法返回Entry的数量，得到该Set里元素的个数
        public int size() {
            return map.size();
        }
       //调用HashMap的isEmpty()来判断HaspSet是否为空
       //HashMap为null。对应的HashSet也为空
        public boolean isEmpty() {
            return map.isEmpty();
        }
        //调用HashMap的containsKey判断是否包含指定的key
        //HashSet的所有元素就是通过HashMap的key来保存的
        public boolean contains(Object o) {
            return map.containsKey(o);
        }
    
        // 将元素(e)添加到HashSet中，也就是将元素作为Key放入HashMap中
        public boolean add(E e) {
            return map.put(e, PRESENT)==null;
        }
    
        // 删除HashSet中的元素(o)，其实是在HashMap中删除了以o为key的Entry
        public boolean remove(Object o) {
            return map.remove(o)==PRESENT;
        }
         //清空HashMap的clear方法清空所有Entry
        public void clear() {
            map.clear();
        }
    
        // 克隆一个HashSet，并返回Object对象
        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();
            }
        }
    
        // java.io.Serializable的写入函数
        // 将HashSet的“总的容量，加载因子，实际容量，所有的元素”都写入到输出流中
        private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
            throws java.io.IOException {
            // Write out any hidden serialization magic
            s.defaultWriteObject();
    
            // Write out HashMap capacity and load factor
            s.writeInt(map.capacity());
            s.writeFloat(map.loadFactor());
    
            // Write out size
            s.writeInt(map.size());
    
            // Write out all elements in the proper order.
            for (Iterator i=map.keySet().iterator(); i.hasNext(); )
                s.writeObject(i.next());
        }
    
    
        // java.io.Serializable的读取函数
        // 将HashSet的“总的容量，加载因子，实际容量，所有的元素”依次读出
        private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
            throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
            // Read in any hidden serialization magic
            s.defaultReadObject();
    
            // Read in HashMap capacity and load factor and create backing HashMap
            int capacity = s.readInt();
            float loadFactor = s.readFloat();
            map = (((HashSet)this) instanceof LinkedHashSet ?
                   new LinkedHashMap<E,Object>(capacity, loadFactor) :
                   new HashMap<E,Object>(capacity, loadFactor));
    
            // Read in size
            int size = s.readInt();
    
            // Read in all elements in the proper order.
            for (int i=0; i<size; i++) {
                E e = (E) s.readObject();
                map.put(e, PRESENT);
            }
        }
    }

从上述HashSet源代码可以看出，它其实就是一个对HashMap的封装而已。**所有放入HashSet中的集合元素实际上由HashMap的key来保存，而HashMap的value则存储了一个PRESENT，它是一个静态的Object对象。**

HashSet的绝大部分方法都是通过调用HashMap的方法来实现的，因此HashSet和HashMap两个集合在实现本质上是相同的。

根据HashMap的一个特性: 将一个key-value对放入HashMap中时，首先根据key的hashCode()返回值决定该Entry的存储位置，如果两个key的hash值相同，那么它们的存储位置相同。如果这个两个key的equalus比较返回true。那么新添加的Entry的value会覆盖原来的Entry的value，key不会覆盖。**因此,如果向HashSet中添加一个已经存在的元素，新添加的集合元素不会覆盖原来已有的集合元素。**

现在我们通过一个实际的例子来看看是否真正理解了HashMap和HashSet存储元素的细节:

class Name
    {
        private String first;
        private String last;
        public Name(String first, String last) 
        {
            this.first = first;
            this.last = last;
        }
        public boolean equals(Object o) 
        {
            if (this == o)
            {
                return true;
            }
            if (o.getClass() == Name.class)
            {
                Name n = (Name)o;
                return n.first.equals(first)
                    && n.last.equals(last);
            }
            return false;
        }
    }
    public class HashSetTest
    {
        public static void main(String[] args) 
        {
            Set<Name> s = new HashSet<Name>();
            s.add(new Name("abc", "123"));
            System.out.println(
                s.contains(new Name("abc", "123")));
        } 
    }

上面程序中向HashSet里添加了一个new Name(“abc”,”123”)对象之后，立即通过程序判断该HashSet里是否包含一个new Name(“abc”,”123”)对象。粗看上去，很容易以为该程序会输出true。

实际上会输出false。**因为HashSet判断两个对象相等的标准是想通过hashCode()方法计算出其hash值，当hash值相同的时候才继续判断equals()方法。而如上程序我们并没有重写hashCode()方法。所以两个Name类的hash值并不相同，因此HashSet会把其当成两个对象来处理。**

所以，当我们要将一个类作为HashMap的key或者存储在HashSet的时候。通过重写hashCode()和equals(Object object)方法很重要，并且保证这两个方法的返回值一致。当两个类的hashCode()返回一致时，应该保证equasl()方法也返回true。当给上述Name类增加如下方法:

public void hashCode(){
    
    return first.hashCode()+last.hashCode();
    }

此时我们测试的方法会返回true。

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