深入理解HashSet

首先是有一個悲傷的故事

講道理,這是面試時遇到的第一個卡殼以至於轉移面試官注意力的地方(……),還好之前有被人指點一下加確實已經仔細研究過HashMap,才不至於無法補救

其次我TM驚呆了

本想着回來以後好好看看HashSet的底層實現,結果打開源碼一看的我驚呆了
這裏寫圖片描述
wocao怎麼這麼刺眼呢?你是set啊,你是Collection的子類啊,你叔叔纔是Map啊,
這裏寫圖片描述
你這樣我心好痛啊
這裏寫圖片描述
冷靜下來我仔細一想,Set不能有重複的元素,HashMap不允許有重複的鍵,又是一口老血,當時也沒想到也沒敢去這麼想

轉一下dalao的博客

於是接着去看網上的dalao的博客,發現了這一篇私自轉載dalao博文侵刪

HashSet概述和實現

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。
在HashSet中,元素都存到HashMap鍵值對的Key上面,而Value時有一個統一的值private static final Object PRESENT = new Object();

HashSet插入

當有新值加入時,底層的HashMap會判斷Key值是否存在(HashMap細節請移步深入理解HashMap),如果不存在,則插入新值,同時這個插入的細節會依照HashMap插入細節;如果存在就不插入

刪除

同HashMap刪除原理

源碼分析

盜(xue)用(xi)一下dalao 的分析代碼,侵權請告之,立馬刪除

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();  
        }  
    }  
}  

注意

  • 說白了,HashSet就是限制了功能的HashMap,所以瞭解HashMap的實現原理,這個HashSet自然就通
  • 對於HashSet中保存的對象,主要要正確重寫equals方法和hashCode方法,以保證放入Set對象的唯一性
  • 雖說時Set是對於重複的元素不放入,倒不如直接說是底層的Map直接把原值替代了(這個Set的put方法的返回值真有意思)
  • HashSet沒有提供get()方法,願意是同HashMap一樣,Set內部是無序的,只能通過迭代的方式獲得

說起來你可能不信

本來是打算分開寫集合框架的底層分析的,直到我發現,LinkedHashSet是繼承自HashSet,底層實現是LinkedHashMap。並且其初始化時直接super(......),瞬間我就覺得,Set寫在一起得了

LinkedHashSet

同HashSet相比並沒有實現新的功能(新的方法),只不過把HashSet中預留的構造方法啓用了,因而可以實現有序插入,而這個具體的實現要去看LinkedHashMap了,我們使用時是不需要再可以去設置參數的,直接拿來用即可。

    /**
     * The iteration ordering method for this linked hash map: <tt>true</tt>
     * for access-order, <tt>false</tt> for insertion-order.
     *
     * @serial
     */
    final boolean accessOrder;

查看了LinkedHashMap的構造方法後,發現其因爲繼承自HashMap,所以其底層實現也是HashMap!!!(呵呵,我已經發現了……怪不得還是得主要研究HashMap啊),然後發現了LinkedHashMap調用父類構造方法初始化時,還順便設置了變量accessOrder = false,看上面得源碼可以知道,這是給了迭代器一個參數,false代表迭代時使用插入得順序(追根溯源了,真爽)

偶然發現

查看源碼時,我發現了一個奇怪的重寫的方法:public Spliterator<E> spliterator(),查了查資料發現叫做可分割迭代器,這個接口是爲了並行遍歷數據源中的元素而設計的迭代器,爲了更好的發揮多核CPU的能力。
其實這樣我想起了要去關注一下集合框架中的併發安全了。

TreeSet

根據Set的這個尿性,我先猜測一波,TreeSet的底層實現是TreeMap(而且我在猜TreeMap的底層實現藉助了HashMap)。一看源碼,哎呦我去,還真是(呵呵,到底誰纔是你爹…..心疼一波Collection,Map又不繼承Collection接口)

    public TreeSet() {
        this(new TreeMap<E,Object>());
    }

TreeSet特點與實現機制

TreeSet中存放的元素是有序的(不是插入時的順序,是有按關鍵字大小排序的),且元素不能重複。
而如何實現有序存儲,就需要有一個比較器,其實說起來,TreeSet更受關注的是不重複且有序,這個有序就需要有一個compare的過程,因此會需要參數實現Comparable接口。

    /**
     * Constructs a new, empty tree set, sorted according to the specified
     * comparator.  All elements inserted into the set must be <i>mutually
     * comparable</i> by the specified comparator: {@code comparator.compare(e1,
     * e2)} must not throw a {@code ClassCastException} for any elements
     * {@code e1} and {@code e2} in the set.  If the user attempts to add
     * an element to the set that violates this constraint, the
     * {@code add} call will throw a {@code ClassCastException}.
     *
     * @param comparator the comparator that will be used to order this set.
     *        If {@code null}, the {@linkplain Comparable natural
     *        ordering} of the elements will be used.
     */
    public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
        this(new TreeMap<>(comparator));
    }

所以說

所以說使用Set需要注意的還是根據自己的需求選取正確的存儲結構即可,而因爲並沒有get()方法給你使用,所以還是要用迭代器來獲取想要的元素,然後本次Set深入分析到此結束,我要去再開一坑研究TreeMap了(滑稽)

小總結

經歷這麼一次滑稽的經歷,看來真的有必要把幾個常用的集合框架的底層實現都看一遍,以免再次搞出這樣的尷尬(手動滑稽)
其實深入到這個程度我覺得常用的集合除了List的家族還有Queue,其實都可以規約爲深入理解HashMap,來,就是這個節奏。走起。

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