Thinking in Java之Set接口、HashSet源码学习

来源：互联网发布：微信云客服系统源码编辑：程序博客网时间：2024/05/21 10:53

前言

在前面的文章中笔者对List接口以及List接口的一个具体实现类ArrayList的源码做了相关的分析

这篇文章主要讨论Set接口的设计、以及Set接口的一个实现类HashSet的设计细节。对于他们的思

考，同样是基于源码学习的。

Set接口设计

通过阅读API和源码我们可以知道Java中的Set和数学行直观的“集”的概念是相同的。Set的最大特

点也就是不允许在其中放入重复的元素。Set集合最多只能包含一个null元素。至于这种特点是如何

实现的，我们先不考究。在其具体子类HashSet里我们在讨论之。

Set接口源码解析

首先看看Set的源码吧。

package com.kiritor;/**  Set源码研究*/import java.util.Iterator;public interface Set<E> extends Collection<E> {    int size();    boolean isEmpty();    boolean contains(Object o);    Iterator<E> iterator();    Object[] toArray();    <T> T[] toArray(T[] a);    boolean add(E e);    boolean remove(Object o);    boolean containsAll(Collection<?> c);    boolean addAll(Collection<? extends E> c);    boolean retainAll(Collection<?> c);    boolean removeAll(Collection<?> c);    void clear();    boolean equals(Object o);    int hashCode();}

可以看出的是Set继承至Collection，而且通过对比还可以知道的是，Set提供的方法和Colllection

指定的方法是完全一样的。那么它的不重复是如何体现的呢？这里我们通过研究其具体实现类

HashSet来说明。

HashSet类实现

同样的对于HashSet类的具体源码笔者就不贴出来了。这里我们只是简要的对其的方法做一些分析。

首先看看HashSet类的头部吧。

对于序列化、Cloneable接口笔者就不细说了。这里HashSet继承AbstactSet这个中间抽象类，并且

这个抽象类又继承至AbstractCollection。这里简要的说说自己的理解。在前一章对ArrayList的学习中，

笔者并未就这方面给予解释。AbstractCollection其实更像是实现List，Set的共同的方法，而AbstactSet

AbstactList更像是提供给Set、List各自特有方法的实现。

1、底层实现

通过其源码的观察可以知道的是HashSet的底层实现是基于HashMap的。它不保证Set的迭代顺序

而且不保证该顺序永久不变。HashSet的实现较为的简单，其相关的操作都是通过直接调用底层

HashMap的相关方法来完成。

     // 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();

2、构造方法

 /**     * 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);    }

3、存储元素

  /**     * 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;    }

4、读取、遍历元素

    /**     * 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();    }

5、删除元素

 /**     * 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;    }

6、元素不重复

Set是一种不包含重复元素的Collection，Set最多只有一个null元素。能够想到的是Set的构

造函数一定有一个约束条件，限制传入的Collection不能包含重复的元素。

到底是如何进行限定的呢？我们先看其HashSet的构造器吧。

理所当然的我们应该进入addAll()方法。进入其方法内部，由于HashSet是继承

AbstractCollection(提供Collection的骨干实现)。addAll方法由AbstractCollection实现

阅读源码可以知道，要想找到关键所在，就要进入add方法了，不过这里我们查看在

AbstractCollection类中查看add方法是他是空的。貌似断了......想想其实不然：时刻需要留意的

是java中的多态性，我们看看子类中的实现吧：

得！我们又的进入HashMap类中去查看put方法的实现。(HashSet基于HashMap实现)

可以知道的是同过对key产生哈希码和equals方法来判断键是否重复。

final int hash(Object k) {        int h = 0;        if (useAltHashing) {            if (k instanceof String) {                return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);            }            h = hashSeed;        }        h ^= k.hashCode();        // This function ensures that hashCodes that differ only by        // constant multiples at each bit position have a bounded        // number of collisions (approximately 8 at default load factor).        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);    }