Java HashSet的实现原理详解

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：

 public class HashSet
     extends AbstractSet
     implements Set, 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 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();
     }

     /**
      * 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(Collectionextends E> c) {
     map = new HashMap(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(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(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(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 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 newSet = (HashSet) super.clone();
             newSet.map = (HashMap) map.clone();
             return newSet;
         } catch (CloneNotSupportedException e) {
             throw new InternalError();
         }
     }
 }

 

参考文献：http://alex09.iteye.com/blog/539549