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  • Java面试题之HashSet 的实现原理?

    HashSet 的实现原理?

    首先,我们需要知道它是Set的一个实现,所以保证了当中没有重复的元素。
    一方面Set中最重要的一个操作就是查找。而且通常我们会选择

    HashSet来实现,因为它专门对快速查找进行了优化。

    HashSet使用的是散列函数,那么它当中的元素也就无序可寻。当中是允许元素为null的。

    先对实现原理进行一个总结:

    (1)基于HashMap实现的,默认构造函数是构建一个初始容量为16,负载因子为0.75 的HashMap。封装了一个 HashMap 对象来存储所有的集合元素,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。

    (2)当我们试图把某个类的对象当成 HashMap的 key,或试图将这个类的对象放入 HashSet 中保存时,重写该类的equals(Object obj)方法和 hashCode() 方法很重要,而且这两个方法的返回值必须保持一致:当该类的两个的 hashCode() 返回值相同时,它们通过 equals() 方法比较也应该返回 true。通常来说,所有参与计算 hashCode() 返回值的关键属性,都应该用于作为 equals() 比较的标准。

    (3)HashSet的其他操作都是基于HashMap的。

    在这,为大家讲解HashSet 的实现原理:

    它是基于HashMap实现的,HashSet底层使用HashMap来保存所有元素,因此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, HashSet的源代码如下:

    import java.util.AbstractSet;
    import java.util.Collection;
    import java.util.HashMap;
    import java.util.LinkedHashMap;
    import java.util.Set;

    import javax.swing.text.html.HTMLDocument.Iterator;

    public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
    {
    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;

    // 底层使用HashMap来保存HashSet中所有元素。
    private transient HashMap<E,Object> map;

    // 定义一个虚拟的Object对象作为HashMap的value,将此对象定义为static final。
    private static final Object PRESENT = new Object();


    // 默认的无参构造器,构造一个空的HashSet。
    //
    // 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。

    public HashSet() {
    map = new HashMap<E,Object>();
    }


    // 构造一个包含指定collection中的元素的新set。
    //
    // 实际底层使用默认的加载因子0.75和足以包含指定
    // collection中所有元素的初始容量来创建一个HashMap。
    // @param c 其中的元素将存放在此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构造一个空的HashSet。
    //
    // 实际底层以相应的参数构造一个空的HashMap。
    // @param initialCapacity 初始容量。
    // @param loadFactor 加载因子。

    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
    map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
    }


    // 以指定的initialCapacity构造一个空的HashSet。
    //
    // 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。
    // @param initialCapacity 初始容量。

    public HashSet(int initialCapacity) {
    map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity);
    }


    // 以指定的initialCapacity和loadFactor构造一个新的空链接哈希集合。
    // 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。
    //
    // 实际底层会以指定的参数构造一个空LinkedHashMap实例来实现。
    // @param initialCapacity 初始容量。
    // @param loadFactor 加载因子。
    // @param dummy 标记。

    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
    map = new LinkedHashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
    }


    // 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。
    //
    // 底层实际调用底层HashMap的keySet来返回所有的key。
    // 可见HashSet中的元素,只是存放在了底层HashMap的key上,
    // value使用一个static final的Object对象标识。
    // @return 对此set中元素进行迭代的Iterator。

    public Iterator<E> iterator() {
    return map.keySet().iterator();

    }

    // 返回此set中的元素的数量(set的容量)。
    //
    // 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。
    // @return 此set中的元素的数量(set的容量)。

    public int size() {
    return map.size();
    }


    // 如果此set不包含任何元素,则返回true。
    //
    // 底层实际调用HashMap的isEmpty()判断该HashSet是否为空。
    // @return 如果此set不包含任何元素,则返回true。

    public boolean isEmpty() {
    return map.isEmpty();
    }


    // 如果此set包含指定元素,则返回true。
    // 更确切地讲,当且仅当此set包含一个满足(o==null ? e==null : o.equals(e))
    // 的e元素时,返回true。
    //
    // 底层实际调用HashMap的containsKey判断是否包含指定key。
    // @param o 在此set中的存在已得到测试的元素。
    // @return 如果此set包含指定元素,则返回true。

    public boolean contains(Object o) {
    return map.containsKey(o);
    }


    // 如果此set中尚未包含指定元素,则添加指定元素。
    // 更确切地讲,如果此 set 没有包含满足(e==null ? e2==null : e.equals(e2))
    // 的元素e2,则向此set 添加指定的元素e。
    // 如果此set已包含该元素,则该调用不更改set并返回false。
    //
    // 底层实际将将该元素作为key放入HashMap。
    // 由于HashMap的put()方法添加key-value对时,当新放入HashMap的Entry中key
    //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),
    //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,
    // 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,
    // 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。
    // @param e 将添加到此set中的元素。
    // @return 如果此set尚未包含指定元素,则返回true。

    public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
    }

    // 如果指定元素存在于此set中,则将其移除。
    // 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,
    // 则将其移除。如果此set已包含该元素,则返回true
    // (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)。
    //
    // 底层实际调用HashMap的remove方法删除指定Entry。
    // @param o 如果存在于此set中则需要将其移除的对象。
    // @return 如果set包含指定元素,则返回true。

    public boolean remove(Object o) {
    return map.remove(o)==PRESENT;
    }


    // 从此set中移除所有元素。此调用返回后,该set将为空。
    //
    // 底层实际调用HashMap的clear方法清空Entry中所有元素。

    public void clear() {
    map.clear();
    }

    // 返回此HashSet实例的浅表副本:并没有复制这些元素本身。

    // 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。

    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();
    }
    }
    }

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