Java HashSet的实现原理详解

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HashSet是Java Map类型的集合类中最常使用的，本文基于Java1.8，对于HashSet的实现原理做一下详细讲解。

（Java1.8源码：http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/）

一、HashSet实现原理总结

HashSet的实现原理总结如下：

①是基于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。

③HashSet的其他操作都是基于HashMap的。

二、HashSet的实现原理详解

（转自：http://zhangshixi.iteye.com/blog/673143）

1. HashSet概述：

HashSet实现Set接口，由哈希表（实际上是一个HashMap实例）支持。它不保证set 的迭代顺序；特别是它不保证该顺序恒久不变。此类允许使用null元素。

2. HashSet的实现：

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， HashSet的源代码如下：

    Java代码  

   <img decoding="async" src="http://zhangshixi.iteye.com/images/icon_star.png" title="" alt="收藏代码">
  
 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();  
         }  
     }  
 }  