深入Java集合學習系列：HashSet的實現原理

1. HashSet概述：

HashSet實現Set接口，由哈希表（實際上是一個HashMap實例）支持。它不保證set 的迭代順序；特別是它不保證該順序恆久不變。此類允許使用null元素。

2. HashSet的實現：

對於HashSet而言，它是基於HashMap實現的，HashSet底層使用HashMap來保存所有元素，因此HashSet 的實現比較簡單，相關HashSet的操作，基本上都是直接調用底層HashMap的相關方法來完成， HashSet的源代碼如下：

Java代碼  
public class HashSet<E>  
    extends AbstractSet<E>  
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable  
{  
    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;  
  
    // 底層使用HashMap來保存HashSet中所有元素。  
    private transient HashMap<E,Object> map;  
      
    // 定義一個虛擬的Object對象作爲HashMap的value，將此對象定義爲static final。  
    private static final Object PRESENT = new Object();  
  
    /** 
     * 默認的無參構造器，構造一個空的HashSet。 
     *  
     * 實際底層會初始化一個空的HashMap，並使用默認初始容量爲16和加載因子0.75。 
     */  
    public HashSet() {  
    map = new HashMap<E,Object>();  
    }  
  
    /** 
     * 構造一個包含指定collection中的元素的新set。 
     * 
     * 實際底層使用默認的加載因子0.75和足以包含指定 
     * collection中所有元素的初始容量來創建一個HashMap。 
     * @param c 其中的元素將存放在此set中的collection。 
     */  
    public HashSet(Collection<? extends E> c) {  
    map = new HashMap<E,Object>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));  
    addAll(c);  
    }  
  
    /** 
     * 以指定的initialCapacity和loadFactor構造一個空的HashSet。 
     * 
     * 實際底層以相應的參數構造一個空的HashMap。 
     * @param initialCapacity 初始容量。 
     * @param loadFactor 加載因子。 
     */  
    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {  
    map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);  
    }  
  
    /** 
     * 以指定的initialCapacity構造一個空的HashSet。 
     * 
     * 實際底層以相應的參數及加載因子loadFactor爲0.75構造一個空的HashMap。 
     * @param initialCapacity 初始容量。 
     */  
    public HashSet(int initialCapacity) {  
    map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity);  
    }  
  
    /** 
     * 以指定的initialCapacity和loadFactor構造一個新的空鏈接哈希集合。 
     * 此構造函數爲包訪問權限，不對外公開，實際只是是對LinkedHashSet的支持。 
     * 
     * 實際底層會以指定的參數構造一個空LinkedHashMap實例來實現。 
     * @param initialCapacity 初始容量。 
     * @param loadFactor 加載因子。 
     * @param dummy 標記。 
     */  
    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {  
    map = new LinkedHashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);  
    }  
  
    /** 
     * 返回對此set中元素進行迭代的迭代器。返回元素的順序並不是特定的。 
     *  
     * 底層實際調用底層HashMap的keySet來返回所有的key。 
     * 可見HashSet中的元素，只是存放在了底層HashMap的key上， 
     * value使用一個static final的Object對象標識。 
     * @return 對此set中元素進行迭代的Iterator。 
     */  
    public Iterator<E> iterator() {  
    return map.keySet().iterator();  
    }  
  
    /** 
     * 返回此set中的元素的數量（set的容量）。 
     * 
     * 底層實際調用HashMap的size()方法返回Entry的數量，就得到該Set中元素的個數。 
     * @return 此set中的元素的數量（set的容量）。 
     */  
    public int size() {  
    return map.size();  
    }  
  
    /** 
     * 如果此set不包含任何元素，則返回true。 
     * 
     * 底層實際調用HashMap的isEmpty()判斷該HashSet是否爲空。 
     * @return 如果此set不包含任何元素，則返回true。 
     */  
    public boolean isEmpty() {  
    return map.isEmpty();  
    }  
  
    /** 
     * 如果此set包含指定元素，則返回true。 
     * 更確切地講，當且僅當此set包含一個滿足(o==null ? e==null : o.equals(e)) 
     * 的e元素時，返回true。 
     * 
     * 底層實際調用HashMap的containsKey判斷是否包含指定key。 
     * @param o 在此set中的存在已得到測試的元素。 
     * @return 如果此set包含指定元素，則返回true。 
     */  
    public boolean contains(Object o) {  
    return map.containsKey(o);  
    }  
  
    /** 
     * 如果此set中尚未包含指定元素，則添加指定元素。 
     * 更確切地講，如果此 set 沒有包含滿足(e==null ? e2==null : e.equals(e2)) 
     * 的元素e2，則向此set 添加指定的元素e。 
     * 如果此set已包含該元素，則該調用不更改set並返回false。 
     * 
     * 底層實際將將該元素作爲key放入HashMap。 
     * 由於HashMap的put()方法添加key-value對時，當新放入HashMap的Entry中key 
     * 與集合中原有Entry的key相同（hashCode()返回值相等，通過equals比較也返回true）， 
     * 新添加的Entry的value會將覆蓋原來Entry的value，但key不會有任何改變， 
     * 因此如果向HashSet中添加一個已經存在的元素時，新添加的集合元素將不會被放入HashMap中， 
     * 原來的元素也不會有任何改變，這也就滿足了Set中元素不重複的特性。 
     * @param e 將添加到此set中的元素。 
     * @return 如果此set尚未包含指定元素，則返回true。 
     */  
    public boolean add(E e) {  
    return map.put(e, PRESENT)==null;  
    }  
  
    /** 
     * 如果指定元素存在於此set中，則將其移除。 
     * 更確切地講，如果此set包含一個滿足(o==null ? e==null : o.equals(e))的元素e， 
     * 則將其移除。如果此set已包含該元素，則返回true 
     * （或者：如果此set因調用而發生更改，則返回true）。（一旦調用返回，則此set不再包含該元素）。 
     * 
     * 底層實際調用HashMap的remove方法刪除指定Entry。 
     * @param o 如果存在於此set中則需要將其移除的對象。 
     * @return 如果set包含指定元素，則返回true。 
     */  
    public boolean remove(Object o) {  
    return map.remove(o)==PRESENT;  
    }  
  
    /** 
     * 從此set中移除所有元素。此調用返回後，該set將爲空。 
     * 
     * 底層實際調用HashMap的clear方法清空Entry中所有元素。 
     */  
    public void clear() {  
    map.clear();  
    }  
  
    /** 
     * 返回此HashSet實例的淺表副本：並沒有複製這些元素本身。 
     * 
     * 底層實際調用HashMap的clone()方法，獲取HashMap的淺表副本，並設置到HashSet中。 
     */  
    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();  
        }  
    }  
}  