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Java高级架构师-Java集合 HashSet的原理及常用方法

Java高级架构师-Java集合 HashSet的原理及常用方法

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目录

一. HashSet概述二. HashSet构造三. add方法四. remove方法五. 遍历六. 合计合计先看一下LinkedHashSet在看一下TreeSet七. 总结

一. HashSet概述

HashSet是Java集合Set的一个实现类,Set是一个接口,其实现类除HashSet之外,还有TreeSet,并继承了Collection,HashSet集合很常用,同时也是程序员面试时经常会被问到的知识点,下面是结构图

Java高级架构师-Java集合 HashSet的原理及常用方法

public class HashSet<E> extends AbstractSet<E> implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable{}

二. HashSet构造

HashSet有几个重载的构造方法,我们来看一下

private transient HashMap<E,Object> map;//默认构造器public HashSet() { map = new HashMap<>();}//将传入的集合添加到HashSet的构造器public HashSet(Collection<? extends E> c) { map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16)); addAll(c);}//明确初始容量和装载因子的构造器public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) { map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);}//仅明确初始容量的构造器(装载因子默认0.75)public HashSet(int initialCapacity) { map = new HashMap<>(initialCapacity);}

通过上面的源码,我们发现了HashSet就TM是一个皮包公司,它就对外接活儿,活儿接到了就直接扔给HashMap处理了。因为底层是通过HashMap实现的,这里简单提一下:

HashMap的数据存储是通过数组+链表/红黑树实现的,存储大概流程是通过hash函数计算在数组中存储的位置,如果该位置已经有值了,判断key是否相同,相同则覆盖,不相同则放到元素对应的链表中,如果链表长度大于8,就转化为红黑树,如果容量不够,则需扩容(注:这只是大致流程)。

如果对HashMap原理不太清楚的话,可以先去了解一下

HashMap原理(一) 概念和底层架构

HashMap原理(二) 扩容机制及存取原理

三. add方法

HashSet的add方法时通过HashMap的put方法实现的,不过HashMap是key-value键值对,而HashSet是集合,那么是怎么存储的呢,我们看一下源码

private static final Object PRESENT = new Object();public boolean add(E e) { return map.put(e, PRESENT)==null;}

看源码我们知道,HashSet添加的元素是存放在HashMap的key位置上,而value取了默认常量PRESENT,是一个空对象,至于map的put方法,大家可以看HashMap原理(二) 扩容机制及存取原理。

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四. remove方法

HashSet的remove方法通过HashMap的remove方法来实现

//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; //通过hash(key)找到元素在数组中的位置,再调用removeNode方法删除 return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ? null : e.value;}/** * */final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value, boolean matchValue, boolean movable) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index; //步骤1.需要先找到key所对应Node的准确位置,首先通过(n - 1) & hash找到数组对应位置上的第一个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 如果这个node刚好key值相同,运气好,找到了 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) node = p; /** * 1.2 运气不好,在数组中找到的Node虽然hash相同了,但key值不同,很明显不对, 我们需要遍历继续 * 往下找; */ else if ((e = p.next) != null) { //1.2.1 如果是TreeNode类型,说明HashMap当前是通过数组+红黑树来实现存储的,遍历红黑树找到对应node if (p instanceof TreeNode) node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key); else { //1.2.2 如果是链表,遍历链表找到对应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); } } //通过前面的步骤1找到了对应的Node,现在我们就需要删除它了 if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value || (value != null && value.equals(v)))) { /** * 如果是TreeNode类型,删除方法是通过红黑树节点删除实现的,具体可以参考【TreeMap原理实现 * 及常用方法】 */ if (node instanceof TreeNode) ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable); /** * 如果是链表的情况,当找到的节点就是数组hash位置的第一个元素,那么该元素删除后,直接将数组 * 第一个位置的引用指向链表的下一个即可 */ else if (node == p) tab[index] = node.next; /** * 如果找到的本来就是链表上的节点,也简单,将待删除节点的上一个节点的next指向待删除节点的 * next,隔离开待删除节点即可 */ else p.next = node.next; ++modCount; --size; //删除后可能存在存储结构的调整,可参考【LinkedHashMap如何保证顺序性】中remove方法 afterNodeRemoval(node); return node; } } return null;}

removeTreeNode方法具体实现可参考 TreeMap原理实现及常用方法

afterNodeRemoval方法具体实现可参考LinkedHashMap如何保证顺序性

五. 遍历

HashSet作为集合,有多种遍历方法,如普通for循环,增强for循环,迭代器,我们通过迭代器遍历来看一下

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()); }}

打印出来的结果如何呢?

星期二星期三星期四星期五星期一

意料之中吧,HashSet是通过HashMap来实现的,HashMap通过hash(key)来确定存储的位置,是不具备存储顺序性的,因此HashSet遍历出的元素也并非按照插入的顺序。

六. 合计合计

按照我前面的规划,应该每一块主要的内容都单独写一下,如集合ArrayList,LinkedList,HashMap,TreeMap等。不过我在写这篇关于HashSet的文章时,发现有前面对HashMap的讲解后,确实简单,HashSet就是一个皮包公司,在HashMap外面加了一个壳,那么LinkedHashSet是否就是在LinkedHashMap外面加了一个壳呢,而TreeSet是否是在TreeMap外面加了一个壳?我们来验证一下

先看一下LinkedHashSet

最开始的结构图已经提到了LinkedHashSet是HashSet的子类,我们来看源码

public class LinkedHashSet<E> 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的所有代码了,是不是感觉智商被否定了,这基本上没啥东西嘛,构造器还全部调用父类的,下面就是其父类HashSet的对此的构造方法

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

大家也看出来,和我们的猜测一样,没有深究下去的必要了。如果有兴趣可以看看LinkedHashMap如何保证顺序性

在看一下TreeSet

public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E> 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); }}

确实如我们所猜测,TreeSet也完全依赖于TreeMap来实现,如果有兴趣可以看看TreeMap原理实现及常用方法

七. 总结

本文主要介绍了HashSet的原理以及主要方法,同时简单介绍了LinkedHashSet和TreeSet,若有不对之处,请批评指正,望共同进步,谢谢!

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2019-07-28 19:29:37
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