Java-HashSet原理

Set序言

Java 中的 Set 和正好和数学上直观的集(set)的概念是相同的。Set 最大的特性就是不允许在其中存放的元素是重复的。

根据这个特点，我们就可以使用 Set 这个接口来实现前面提到的关于商品种类的存储需求。Set 可以被用来过滤在其他集合中存放的元素，从而得到一个没有包含重复新的集合。

“集合框架” 支持 Set 接口两种普通的实现：HashSet 和 TreeSet以及 LinkedHashSet。

下表中是 Set 的常用实现类的描述：

在更多情况下，您会使用 HashSet 存储重复*的集合。同时 HashSet中也是采用了Hash算法的方式进行存取对象元素的。

所以添加到 HashSet 的对象对应的类也需要采用恰当方式来实现 hashCode() 方法。
虽然大多数系统类覆盖了Object中缺省的hashCode() 实现，但创建自己的要添加到 HashSet 的类时，别忘了覆盖hashCode()。

应用实例

1、Set的使用

对于 Set的使用，我们先以一个简单的例子来说明：

  package c08;
  import java.util.*;
  public class SetSortExample {
    public static void main(String args[]) {
      Set set1 = new HashSet(); 
      Set set2 = new LinkedHashSet(); 
      for(int i=0;i<5;i++){
          //产生一个随机数，并将其放入 Set中
          int s=(int) (Math.random()*100);  
          set1.add(new Integer( s));  
          set2.add(new Integer( s));
          System.out.println("第 "+i+" 次随机数产生为："+s);
      }
      System.out.println("未排序前 HashSet："+set1);
      System.out.println("未排序前 LinkedHashSet："+set2);
      //使用 TreeSet来对另外的 Set进行重构和排序
      Set sortedSet = new TreeSet(set1); 
      System.out.println("排序后 TreeSet ："+sortedSet);
     } 
   }

该程序的一次执行结果为：

第 0 次随机数产生为：96
第 1 次随机数产生为：64
第 2 次随机数产生为：14
第 3 次随机数产生为：95
第 4 次随机数产生为：57
未排序前 HashSet：[64, 96, 95, 57, 14]
未排序前 LinkedHashSet：[96, 64, 14, 95, 57]
排序后 TreeSet ：[14, 57, 64, 95, 96]

从这个例子中，我们可以知道：HashSet的元素存放顺序和我们添加进去时候的顺序没有任何关系，而 LinkedHashSet 则保持元素的添加顺序。TreeSet则是对我们的 Set中的元素进行排序存放。

一般来说，当您要从集合中以有序的方式抽取元素时，TreeSet实现就会有用处。为了能顺利进行，添加到 TreeSet 的元素必须是可排序的。 而您同样需要对添加到 TreeSet中的类对象实现 Comparable 接口的支持。

一般说来，先把元素添加到HashSet，再把集合转换为TreeSet来进行有序遍历会更快。这点和下面HashMap的使用非常的类似。

2、Map的使用

来看另一个例子：(——关于Map(HashMap/ListHashMap/TreeMap)的使用)

package com.test;
import java.util.HashMap;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map; 
import java.util.Random; 
import java.util.TreeMap; 
public class MapSortDemo {
  public static void main(String args[]) {  
    Map map1 = new HashMap();
    Map map2 = new LinkedHashMap(); 
    Random random =new Random(); 
    for(int i=1;i<=5;i++){
      int s=random.nextInt(10)+1; //产生一个随机数，并将其放入Map中  
      map1.put(s,"第 "+i+" 个放入的元素："+s+"\n");     
      map2.put(s,"第 "+i+" 个放入的元素："+s+"\n");  
    }
    System.out.println("未排序前HashMap："+map1);    
    System.out.println("未排序前LinkedHashMap："+map2); //使用TreeMap来对另外的Map进行重构和排序 
    Map sortedMap = new  TreeMap(map1);    
    System.out.println("排序后："+sortedMap);
    System.out.println("排序后："+new  TreeMap(map2));
  }
}

该程序的一次运行结果为：

未排序前HashMap：{1=第 5 个放入的元素：1 
, 6=第 4 个放入的元素：6 
, 7=第 3 个放入的元素：7 
, 9=第 1 个放入的元素：9 
}
未排序前LinkedHashMap：{9=第 1 个放入的元素：9 
, 6=第 4 个放入的元素：6 
, 7=第 3 个放入的元素：7 
, 1=第 5 个放入的元素：1 
}
排序后：{1=第 5 个放入的元素：1 
, 6=第 4 个放入的元素：6 
, 7=第 3 个放入的元素：7 
, 9=第 1 个放入的元素：9 
}
排序后：{1=第 5 个放入的元素：1 
, 6=第 4 个放入的元素：6 
, 7=第 3 个放入的元素：7 
, 9=第 1 个放入的元素：9 
}

从运行结果，我们可以看出，HashMap的存入顺序和输出顺序无关。而LinkedHashMap 则保留了键值对的存入顺序。TreeMap 则是对 Map 中的元素进行排序。

在实际的使用中我们也经常这样做：

使用 HashMap 或者 LinkedHashMap 来存放元素，当所有的元素都存放完成后，如果使用则是需要一个经过排序的 Map 的话，我们再使用 TreeMap 来重构原来的 Map 对象。

这样做的好处是：
因为 HashMap 和 LinkedHashMap 存储数据的速度比直接使用 TreeMap要快，存取效率要高。当完成了所有的元素的存放后，我们再对整个的 Map 中的元素进行排序。这样可以提高整个程序的运行的效率，缩短执行时间。

这里需要注意的是，

TreeMap 中是根据键（Key）进行排序的。而如果我们要使用 TreeMap 来进行正常的排序的话，Key 中存放的对象必须实现 Comparable 接口。

3、Comparable 接口

我们简单介绍一下这个接口：

在 java.lang 包中，此接口强行对实现它的每个类的对象进行整体排序。这种排序被称为类的自然排序，类的 compareTo 方法被称为它的自然比较方法。

它只有一个方法：int compareTo(T o)；比较此对象与指定对象的顺序。用来比较当前实例和作为参数传入的元素：
（1）如果排序过程中当前实例出现在参数前（当前实例比参数大），就返回某个负值。
（2）如果当前实例出现在参数后（当前实例比参数小），则返回正值。
（3）否则，返回零。
如果这里不要求零返回值表示元素相等。零返回值可以只是表示两个对象在排序的时候排在同一个位置。

int的包装类：Integer 就实现了该接口。我们可以看一下这个类的源码：

public int compareTo(Integer anotherInteger) { 
   int thisVal = this.value;
   int anotherVal = anotherInteger.value;
   return (thisVal<anotherVal ? -1 : (thisVal==anotherVal ? 0 : 1));
}

可以看到 compareTo 方法里面通过判断当前的 Integer对象的值是否大于传入的参数的值来得到返回值的。

在 Java 2 SDK，版本 1.2 中有十四个类实现 Comparable接口。

下表展示了它们的自然排序。虽然一些类共享同一种自然排序，但只有相互可比的类才能排序。

HashSet实现原理

其实 Set的实现原理是基于 Map上面的。通过下面我们对 Set的进一步分析大家就能更加清楚的了解这点了。

Java 中 Set 的概念和数学中的集合(set)一致，都表示一个集内可以存放的元素是不能重复的。前面我们会发现，Set 中很多实现类和 Map 中的一些实现类的使用上非常的相似。而且前面再讲解 Map 的时候，我们也提到：Map 中的“键值对”，其中的“键”是不能重复的。这个和 Set 中的元素不能重复一致。我们以 HashSet 为例来分析一下，会发现其实 Set 利用的就是 Map 中“键”不能重复的特性来实现的。

先看看 HashSet 中的有哪些属性：

private transient HashMap<E,Object> map;
private static final Object PRESENT = new Object();

再结合构造函数来看看：

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

通过这些方法，我们可以发现，其实 HashSet 的实现，全部的操作都是基于 HashMap 来进行的。

我们看看是如何通过 HashMap 来保证我们的 HashSet 的元素不重复性的。从前面操作我们可以发现 HashSet 的巧妙实现：就是建立一个“键值对”，“键”就是我们要存入的对象，“值”则是一个常量。这样可以确保，我们所需要的存储的信息之是“键”。而“键”在 Map 中是不能重复的，这就保证了我们存入 Set 中的所有的元素都不重复。而判断是否添加元素成功，则是通过判断我们向 Map 中存入的“键值对”是否已经存在，如果存在的话，那么返回值肯定是常量：PRESENT，表示添加失败。如果不存在，返回值就为 null 表示添加成功。

了解了这些后，我们就不难理解，为什么 HashMap 中需要注意的地方，在 HashSet 中也同样的需要注意。其他的 Set 的实现类也是差不多的原理。

集合总结