深刻Java集合學習系列：HashSet的實現原理

1. HashSet概述：

HashSet實現Set接口，由哈希表（其實是一個HashMap實例）支持。它不保證set 的迭代順序；特別是它不保證該順序恆久不變。此類容許使用null元素。

2. HashSet的實現：

對於HashSet而言，它是基於HashMap實現的，HashSet底層使用HashMap來保存全部元素，所以HashSet 的實現比較簡單，相關HashSet的操做，基本上都是直接調用底層HashMap的相關方法來完成， HashSet的源代碼以下：

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中全部元素。
   private transient HashMap<E,Object> map;
   
   // 定義一個虛擬的Object對象做爲HashMap的value，將此對象定義爲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爲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中全部元素的初始容量來建立一個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爲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構造一個新的空連接哈希集合。
    * 此構造函數爲包訪問權限，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。返回元素的順序並非特定的。
    * 
    * 底層實際調用底層HashMap的keySet來返回全部的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，就獲得該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();
   }

   /**
    * 若是此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是否爲空。
    * @return 若是此set不包含任何元素，則返回true。
    */
   public boolean isEmpty() {
 return map.isEmpty();
   }

   /**
    * 若是此set包含指定元素，則返回true。
    * 更確切地講，當且僅當此set包含一個知足(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中的存在已獲得測試的元素。
    * @return 若是此set包含指定元素，則返回true。
    */
   public boolean contains(Object o) {
 return map.containsKey(o);
   }

   /**
    * 若是此set中還沒有包含指定元素，則添加指定元素。
    * 更確切地講，若是此 set 沒有包含知足(e==null ? e2==null : e.equals(e2))
    * 的元素e2，則向此set 添加指定的元素e。
    * 若是此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做爲key放入HashMap。
    * 因爲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，經過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，
    * 所以若是向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，這也就知足了Set中元素不重複的特性。
    * @param e 將添加到此set中的元素。
    * @return 若是此set還沒有包含指定元素，則返回true。
    */
   public boolean add(E e) {
 return map.put(e, PRESENT)==null;
   }

   /**
    * 若是指定元素存在於此set中，則將其移除。
    * 更確切地講，若是此set包含一個知足(o==null ? e==null : o.equals(e))的元素e，
    * 則將其移除。若是此set已包含該元素，則返回true
    * （或者：若是此set因調用而發生更改，則返回true）。（一旦調用返回，則此set再也不包含該元素）。
    *
    * 底層實際調用HashMap的remove方法刪除指定Entry。
    * @param o 若是存在於此set中則須要將其移除的對象。
    * @return 若是set包含指定元素，則返回true。
    */
   public boolean remove(Object o) {
 return map.remove(o)==PRESENT;
   }

   /**
    * 今後set中移除全部元素。此調用返回後，該set將爲空。
    *
    * 底層實際調用HashMap的clear方法清空Entry中全部元素。
    */
   public void clear() {
 map.clear();
   }

   /**
    * 返回此HashSet實例的淺表副本：並無複製這些元素自己。
    *
    * 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();
       }
   }
}
複製代碼