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HashSet 是 Java 集合框架中的一个重要类#xff0c;它基于哈希表实现#xff0c;用于存储不重复的元素。HashSet 允许 null 元素#xff0c;并且不保证元素的顺序。本文将详细分析 HashSet 的源码#xff0c;包括其数据结构、构造方法…## 深入分析 Java 中的 HashSet 源码
HashSet 是 Java 集合框架中的一个重要类它基于哈希表实现用于存储不重复的元素。HashSet 允许 null 元素并且不保证元素的顺序。本文将详细分析 HashSet 的源码包括其数据结构、构造方法、核心操作、内部实现机制等。
### 1. HashSet 的基本数据结构
HashSet 是基于 HashMap 实现的每个 HashSet 内部都维护了一个 HashMap 实例用于存储元素。HashSet 的元素作为 HashMap 的键所有键对应的值为一个常量对象。
HashSet 类的基本结构如下
java public class HashSetE extends AbstractSetE implements SetE, Cloneable, java.io.Serializable { static final long serialVersionUID -5024744406713321676L; // 底层使用的 HashMap private transient HashMapE, Object map; // HashSet 中所有键对应的值 private static final Object PRESENT new Object(); // 默认构造方法 public HashSet() { map new HashMap(); } // 其他构造方法和方法定义 }
- map底层使用的 HashMap 实例用于存储元素。 - PRESENTHashMap 中所有键对应的值这是一个常量对象。
### 2. 构造方法
HashSet 提供了多个构造方法以满足不同的初始化需求。
#### 2.1 默认构造方法
java public HashSet() { map new HashMap(); }
默认构造方法使用默认初始容量16和加载因子0.75创建一个空的 HashMap 实例。
#### 2.2 指定初始容量和加载因子的构造方法
java public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) { map new HashMap(initialCapacity, loadFactor); }
此构造方法允许用户指定 HashMap 的初始容量和加载因子。
#### 2.3 指定初始容量的构造方法
java public HashSet(int initialCapacity) { map new HashMap(initialCapacity); }
此构造方法允许用户指定 HashMap 的初始容量加载因子使用默认值 0.75。
#### 2.4 从另一个集合创建 HashSet
java public HashSet(Collection? extends E c) { map new HashMap(Math.max((int) (c.size() / .75f) 1, 16)); addAll(c); }
此构造方法从另一个集合创建 HashSet并将集合中的所有元素添加到 HashSet 中。
### 3. 核心操作方法
#### 3.1 添加元素
HashSet 提供了添加元素的方法 add(E e)
java public boolean add(E e) { return map.put(e, PRESENT) null; }
- add(E e)将元素 e 添加到 HashSet 中。实际上是将元素 e 作为键PRESENT 作为值存入 HashMap 中。如果键 e 已存在则返回 false否则返回 true。
#### 3.2 删除元素
HashSet 提供了删除元素的方法 remove(Object o)
java public boolean remove(Object o) { return map.remove(o) PRESENT; }
- remove(Object o)从 HashSet 中删除指定的元素 o。如果 HashMap 中存在键 o则删除并返回 true否则返回 false。
#### 3.3 判断是否包含元素
HashSet 提供了判断是否包含某个元素的方法 contains(Object o)
java public boolean contains(Object o) { return map.containsKey(o); }
- contains(Object o)判断 HashSet 中是否包含指定的元素 o。实际上是调用 HashMap 的 containsKey(Object key) 方法。
#### 3.4 清空 HashSet
HashSet 提供了清空所有元素的方法 clear()
java public void clear() { map.clear(); }
- clear()清空 HashSet 中的所有元素。实际上是调用 HashMap 的 clear() 方法。
### 4. 内部实现机制
#### 4.1 HashMap 的工作原理
为了更好地理解 HashSet 的实现有必要了解 HashMap 的工作原理。HashMap 是基于哈希表的数据结构通过散列函数将键映射到数组中的位置从而实现快速查找、插入和删除操作。
#### 4.2 HashMap 的核心操作
- **计算哈希值**HashMap 使用键的 hashCode() 方法计算哈希值并进一步对哈希值进行处理以减少哈希冲突。 - **处理哈希冲突**当两个不同的键映射到同一个位置时HashMap 使用链地址法即在数组的每个位置存储一个链表处理冲突。 - **扩容**当 HashMap 的负载因子超过阈值时默认 0.75HashMap 会进行扩容将数组大小增加一倍并重新分配所有键值对的位置。
#### 4.3 HashSet 中的元素存储
在 HashSet 中所有元素都作为 HashMap 的键存储在哈希表中。由于 HashMap 的键不允许重复因此 HashSet 中的元素也是唯一的。
### 5. 迭代器支持
HashSet 实现了 Iterable 接口提供了支持迭代的功能
java public IteratorE iterator() { return map.keySet().iterator(); }
- iterator()返回一个迭代器用于遍历 HashSet 中的元素。实际上是调用 HashMap 的 keySet() 方法返回键集合的迭代器。
