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Java集合源码剖析-HashSet源码剖析

程序员文章站 2022-06-04 19:30:00
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一.概述

对于HashSet而言,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。

特点:

(1)非线程安全
(2)允许null值
(3)添加值得时候会先获取对象的hashCode方法,如果hashCode 方法返回的值一致,则再调用equals方法判断是否一致,如果不一致才add元素。
注意: 对于HashSet中保存的对象,请注意正确重写其equals和hashCode方法,以保证放入的对象的唯一性。

二.源代码

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();  
       }  
   }  
}

从上面的源码我们可以看出,add()这个方法实际上是调用map中的put方法,而put()又调用putVal这个方法,因此下面贴出HashMap中putVal()这个方法来着重分析一下:

//进行插入操作,分为三种情况,1.插入位置无数据,直接存入 2.插入位置有数据,但是较少且符合链表结构存储的条件,那么以链表操作存入
    //3.插入位置有数据,但是以树结构进行存储,那么以树的相关操作进行存入

    //下面这段代码我们应当注意的是,hash的值是用key计算出来的。
    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) //1.如果HashMap未被初始化,那么初始化它
            n = (tab = resize()).length;
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)//如果索引处的数据是null,那么单独处理这种情况
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        //下面处理不是null的情况
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            //下面的p在上面已经赋值过, p = tab[i = (n - 1)&hash]代表的是key索引位置处原来存在的数据
            //另外,p的hash成员是通过key值计算出来的
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))

                //我们这里要特别注意,上面条件判断的是:p.hash == hash &&p.key==key||(key != null && key.equals(k)),又“==”是比较地址的,因此只要key地址相同或者key的equals方法返回为true,就会得到e=p
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            //下面处理key映射已经存在的情况
            if (e != null) { // existing mapping for key  如果映射关系存在
                V oldValue = e.value;//e的value给oldVaule
                //在HashSet中,key已存在的话,e.value就是PRESENT,那么当已经存在key时,如果再次添加相同的key,下面if内的语句会执行,因此也就会执行添加动作。
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

三.分析

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。