Java面試題之HashSet 的實現原理?


HashSet 的實現原理?
首先,我們需要知道它是Set的一個實現,所以保證了當中沒有重復的元素。
一方面Set中最重要的一個操作就是查找。而且通常我們會選擇

HashSet來實現,因為它專門對快速查找進行了優化。
HashSet使用的是散列函數,那么它當中的元素也就無序可尋。當中是允許元素為null的。

先對實現原理進行一個總結:
(1)基於HashMap實現的,默認構造函數是構建一個初始容量為16,負載因子為0.75 的HashMap。封裝了一個 HashMap 對象來存儲所有的集合元素,所有放入 HashSet 中的集合元素實際上由 HashMap 的 key 來保存,而 HashMap 的 value 則存儲了一個 PRESENT,它是一個靜態的 Object 對象。

(2)當我們試圖把某個類的對象當成 HashMap的 key,或試圖將這個類的對象放入 HashSet 中保存時,重寫該類的equals(Object obj)方法和 hashCode() 方法很重要,而且這兩個方法的返回值必須保持一致:當該類的兩個的 hashCode() 返回值相同時,它們通過 equals() 方法比較也應該返回 true。通常來說,所有參與計算 hashCode() 返回值的關鍵屬性,都應該用於作為 equals() 比較的標准。

(3)HashSet的其他操作都是基於HashMap的。

在這,為大家講解HashSet 的實現原理:
它是基於HashMap實現的,HashSet底層使用HashMap來保存所有元素,因此HashSet 的實現比較簡單,相關HashSet的操作,基本上都是直接調用底層HashMap的相關方法來完成, HashSet的源代碼如下:

import java.util.AbstractSet;
import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Set;

import javax.swing.text.html.HTMLDocument.Iterator;

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對象作為HashMap的value,將此對象定義為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為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為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。
// 此構造函數為包訪問權限,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是否為空。
// @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為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中元素不重復的特性。
// @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。此調用返回后,該set將為空。
//
// 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:並沒有復制這些元素本身。

// 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();
}
}
}
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