Java集合之Set——HashSet详解

Java集合之Set——HashSet详解

简介

1. HashSet是Set接口的一个实现类，底层是一个HashMap；
2. HashSet是根据对象的哈希值来确定元素在集合中的存储位置，因此具有良好的存取和查找性能。保证元素唯一性的方式依赖于：hashCode与equals方法。
3. HashSet中元素都是无序的(即存取顺序不一致)；
4. HashSet没有下标选取，只能通过增强for循环或者迭代器取出元素；
5. HashSet是非同步的；
6. HashSet的iterator方法返回的迭代器是fail-fast的。

源码解读

继承关系

public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable

结构图：

• Set接口：Set接口和List接口一样，同样继承自Collection接口，它与Collection接口中的方法基本一致，并没有对Collection接口进行功能上的扩充，只是比Collection接口更加严格；
• HashSet是Set接口的一个实现类，它所存储的元素是不可重复的，并且元素都是无序的(即存取顺序不一致)。

成员变量

仅介绍部分。
HashSet的底层由一个HashMap实现，其定义为：

private transient HashMap<E,Object> map;

构造方法

1. public HashSet()，无参构造方法；
2. public HashSet(Collection c)，构造一个包含指定集合中元素的新集合。
3. public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor)、public HashSet(int initialCapacity)，这两个是根据HashMap的构造放来来定义的；
4. HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy)，定义map为一个LinkedHashMap 。

主要展示第二个，其余没太多好说：

public HashSet(Collection<? extends E> c) {
	//HashMap的默认加载因子是0.75，构造一个足以包含指定集合中元素的初始容量的HashMap
	map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
	addAll(c);
}

分析

常用方法没什么好说，这里主要说一下HashSet是如何保证集合中元素唯一的。
主要是依赖于hashCode与equals两个方法，通过这两个方法可以判断元素是否重复。
当你想集合中新添加元素时，HashSet会使用对象的hashCode来寻找元素应加入的位置（应存储在HashMap中table的位置）

1. 如果该位置没有元素，则假设对象没有重复出现，然后插入元素；
2. 否则然后再通过equals方法来判断该位置下是否存在元素与插入元素相等，如果无则插入集合，有则认为集合中已存在该元素。

具体流程图如下

注意：所有类hashCode与equals方法均继承于Object类，默认情况下一个对象的hashCode值与其逻辑地址有关，对于两个对象，即便内容全部相等，但是其地址不同，所以哈希值肯定不同；而对于equals方法，默认比较的也是其地址值，情况与哈希值比较相同。

所以在不重写这两个方法的情况下，我们很难得到正确的、我们想要的情况，所以我们需要对方法进行重写，对于标准库中的类它们都已经默认被重写过了（如String等），我们需要注意的是我们自定义的类，下面看一个实例：

自定义类（此时没有重写hashCode与equals方法）：

public class Student {
    private String sno;
    private String sname;
    private boolean male;

    public Student(String sno, String sname, boolean male) {
        this.sno = sno;
        this.sname = sname;
        this.male = male;
    }

    public Student() {
    }

    public void setSno(String sno) {
        this.sno = sno;
    }

    public void setSname(String sname) {
        this.sname = sname;
    }

    public void setMale(boolean male) {
        this.male = male;
    }

    public String getSno() {
        return sno;
    }

    public String getSname() {
        return sname;
    }

    public boolean isMale() {
        return male;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "sno='" + sno + '\'' +
                ", sname='" + sname + '\'' +
                ", male=" + male +
                '}';
    }
}

调试函数

public class Set_stu {
    public static void main(String[] args) {
        Set<Student> set = new HashSet<>();
        set.add(new Student());
        set.add(new Student());
        set.add(new Student("1005", "John", true));
        set.add(new Student("1005", "John", true));
        System.out.println(set);
    }
}

运行结果

[Student{sno='1005', sname='John', male=true}, 
Student{sno='null', sname='null', male=false}, 
Student{sno='null', sname='null', male=false}, 
Student{sno='1005', sname='John', male=true}]

显然没有得到我们预想中的结果。
重写方法之后（所添加的代码，可用编译器自动生成）

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (!(o instanceof Student)) return false;

        Student student = (Student) o;

        if (male != student.male) return false;
        if (sno != null ? !sno.equals(student.sno) : student.sno != null) return false;
        return sname != null ? sname.equals(student.sname) : student.sname == null;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        int result = sno != null ? sno.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + (sname != null ? sname.hashCode() : 0);
        result = 31 * result + (male ? 1 : 0);
        return result;
    }

此时调试结果

[Student{sno='null', sname='null', male=false}, 
Student{sno='1005', sname='John', male=true}]

此时便得到了正确结果。

补充

LinkedHashSet：HashSet保证元素唯一，但是元素存放进去是没有顺序的（即存取顺序不一致），如果需要保证有序，在HashSet下面有一个子类LinkedHashSet ，它是链表和哈希表组合的一个数据存储结构。

演示案例

public class LinkedHashSet_stu {
    public static void main(String[] args) {
        String[] arr = new String[]{"bbb", "aaa", "eeee"};
        List<String> list = new ArrayList<>();
        Collections.addAll(list, arr);

        Set<String> set = new HashSet<>(list);

        LinkedHashSet<String> linkedSet = new LinkedHashSet<>(list);

        System.out.println(set);
        System.out.println(linkedSet);
    }
}

调试结果

[aaa, bbb, eeee]
[bbb, aaa, eeee]