Java集合 HashSet的原理及常用方法
目錄
一. HashSet概述
二. HashSet構造
三. add方法
四. remove方法
五. 遍歷
六. 合計合計
先看一下LinkedHashSet
在看一下TreeSet
七. 總結
一. HashSet概述
HashSet是Java集合Set的一個實現類，Set是一個接口，其實現類除HashSet之外，還有TreeSet，並繼承了Collection，HashSet集合很常用，同時也是程序員面試時經常會被問到的知識點，下面是結構圖
public class HashSet
extends AbstractSet<E>
implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable{}
二. HashSet構造
HashSet有幾個重載的構造方法，我們來看一下
private transient HashMap map;
//默認構造器
public HashSet() {
map = new HashMap<>();}
//將傳入的集合添加到HashSet的構造器
public HashSet(Collection<? extends E> c) {
map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
addAll(c);}
//明確初始容量和裝載因子的構造器
public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);}
//僅明確初始容量的構造器（裝載因子默認0.75）
public HashSet(int initialCapacity) {
map = new HashMap<>(initialCapacity);}
通過上面的源碼，我們發現了HashSet就TM是一個皮包公司，它就對外接活兒，活兒接到了就直接扔給HashMap處理了。因爲底層是通過HashMap實現的，這裏簡單提一下:
HashMap的數據存儲是通過數組+鏈表/紅黑樹實現的，存儲大概流程是通過hash函數計算在數組中存儲的位置，如果該位置已經有值了，判斷key是否相同，相同則覆蓋，不相同則放到元素對應的鏈表中，如果鏈表長度大於8，就轉化爲紅黑樹，如果容量不夠，則需擴容（注：這只是大致流程）。
如果對HashMap原理不太清楚的話，可以先去了解一下
HashMap原理(一) 概念和底層架構
HashMap原理(二) 擴容機制及存取原理
三. add方法
HashSet的add方法時通過HashMap的put方法實現的，不過HashMap是key-value鍵值對，而HashSet是集合，那麼是怎麼存儲的呢，我們看一下源碼
private static final Object PRESENT = new Object();
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;}
看源碼我們知道，HashSet添加的元素是存放在HashMap的key位置上，而value取了默認常量PRESENT，是一個空對象，至於map的put方法，大家可以看HashMap原理(二) 擴容機制及存取原理。
四. remove方法
HashSet的remove方法通過HashMap的remove方法來實現
//HashSet的remove方法
public boolean remove(Object o) {
return map.remove(o)==PRESENT;}
//map的remove方法
public V remove(Object key) {
Node<K,V> e;
//通過hash(key)找到元素在數組中的位置，再調用removeNode方法刪除
return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ? null : e.value;}
/**
- */
final Node removeNode(int hash, Object key, Object value,
boolean matchValue, boolean movable) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
//步驟1.需要先找到key所對應Node的準確位置，首先通過(n - 1) & hash找到數組對應位置上的第一個node
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
//1.1 如果這個node剛好key值相同，運氣好，找到了
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
node = p;
/**
* 1.2 運氣不好，在數組中找到的Node雖然hash相同了，但key值不同，很明顯不對， 我們需要遍歷繼續
* 往下找；
*/
else if ((e = p.next) != null) {
//1.2.1 如果是TreeNode類型，說明HashMap當前是通過數組+紅黑樹來實現存儲的，遍歷紅黑樹找到對應node
if (p instanceof TreeNode)
node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
else {
//1.2.2 如果是鏈表，遍歷鏈表找到對應node
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key ||
(key != null && key.equals(k)))) {
node = e;
break;
}
p = e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
//通過前面的步驟1找到了對應的Node,現在我們就需要刪除它了
if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
(value != null && value.equals(v)))) {
/**
* 如果是TreeNode類型，刪除方法是通過紅黑樹節點刪除實現的，具體可以參考【TreeMap原理實現
* 及常用方法】
*/
if (node instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
/**
* 如果是鏈表的情況，當找到的節點就是數組hash位置的第一個元素，那麼該元素刪除後，直接將數組
* 第一個位置的引用指向鏈表的下一個即可
*/
else if (node == p)
tab[index] = node.next;
/**
* 如果找到的本來就是鏈表上的節點，也簡單，將待刪除節點的上一個節點的next指向待刪除節點的
* next,隔離開待刪除節點即可
*/
else
p.next = node.next;
++modCount;
--size;
//刪除後可能存在存儲結構的調整，可參考【LinkedHashMap如何保證順序性】中remove方法
afterNodeRemoval(node);
return node;
}
}
return null;}
removeTreeNode方法具體實現可參考 TreeMap原理實現及常用方法
afterNodeRemoval方法具體實現可參考LinkedHashMap如何保證順序性
五. 遍歷
HashSet作爲集合，有多種遍歷方法，如普通for循環，增強for循環，迭代器，我們通過迭代器遍歷來看一下
public static void main(String[] args) {
HashSet<String> setString = new HashSet<> ();
setString.add("星期一");
setString.add("星期二");
setString.add("星期三");
setString.add("星期四");
setString.add("星期五");
Iterator it = setString.iterator();
while (it.hasNext()) {
System.out.println(it.next());
}}
打印出來的結果如何呢？
星期二
星期三
星期四
星期五
星期一
意料之中吧，HashSet是通過HashMap來實現的，HashMap通過hash(key)來確定存儲的位置，是不具備存儲順序性的，因此HashSet遍歷出的元素也並非按照插入的順序。
六. 合計合計
按照我前面的規劃，應該每一塊主要的內容都單獨寫一下，如集合ArrayList，LinkedList，HashMap，TreeMap等。不過我在寫這篇關於HashSet的文章時，發現有前面對HashMap的講解後，確實簡單，HashSet就是一個皮包公司，在HashMap外面加了一個殼，那麼LinkedHashSet是否就是在LinkedHashMap外面加了一個殼呢，而TreeSet是否是在TreeMap外面加了一個殼？我們來驗證一下
先看一下LinkedHashSet
最開始的結構圖已經提到了LinkedHashSet是HashSet的子類，我們來看源碼
public class LinkedHashSet
extends HashSet<E>
implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable {
public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
super(initialCapacity, loadFactor, true);
}
public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
super(initialCapacity, .75f, true);
}
public LinkedHashSet() {
super(16, .75f, true);
}
public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c) {
super(Math.max(2*c.size(), 11), .75f, true);
addAll(c);
}
public Spliterator<E> spliterator() {
return Spliterators.spliterator(this, Spliterator.DISTINCT | Spliterator.ORDERED);
}}
上面就是LinkedHashSet的所有代碼了，是不是感覺智商被否定了，這基本上沒啥東西嘛，構造器還全部調用父類的，下面就是其父類HashSet的對此的構造方法
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);}
大家也看出來，和我們的猜測一樣，沒有深究下去的必要了。如果有興趣可以看看LinkedHashMap如何保證順序性
在看一下TreeSet
public class TreeSet extends AbstractSet
implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable{
public TreeSet() {
this(new TreeMap<E,Object>());
}
public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
this(new TreeMap<>(comparator));
}
public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
this();
addAll(c);
}
public TreeSet(SortedSet<E> s) {
this(s.comparator());
addAll(s);
}}
確實如我們所猜測，TreeSet也完全依賴於TreeMap來實現，如果有興趣可以看看TreeMap原理實現及常用方法
七. 總結
本來想三章的內容，一章就算完了，雖然Set實現有點賴皮，畢竟他祖輩是Collection而不是Map，在Map的實現類上穿了一層衣服就成了Set，然後出於某種目的埋伏在Collection中，哈哈，開個玩笑，本文主要介紹了HashSet的原理以及主要方法，同時簡單介紹了LinkedHashSet和TreeSet，若有不對之處，請批評指正，望共同進步，謝謝！
原文地址https://www.cnblogs.com/LiaHon/p/11257805.html