Java集合系列-HashSet

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一、概述

HashSet是基于哈希实现的set集合，其实它底层是一个value固定的HashMap。

HashMap是无序存储的，所以HashSet也一样是无序的，而且HashSet允许null值，但只能拥有一个null值，即不允许存储相同的元素。

二、常量变量

public class HashSet<E> extends AbstractSet<E>

    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable

{

    //...

    private transient HashMap<E,Object> map;

    private static final Object PRESENT = new Object();

    //...

}

上面的map即为HashSet底层的HashMap，针对HashSet的操作，全部转交给这个map来完成。

上面的PRESENT即为底层HashMap中键值对的值的固定值。因为在HashSet中只关注键。

三、构造器

public class HashSet<E> extends AbstractSet<E>

    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable{

    //...

    public HashSet() {

        map = new HashMap<>();

    }

    public HashSet(Collection<? extends E> c) {

        map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));

        addAll(c);

    }

    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {

        map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);

    }

    public HashSet(int initialCapacity) {

        map = new HashMap<>(initialCapacity);

    }

    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {

        map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);

    }

    //...

}

很明显，所有的HashSet的构造器最终都在创建底层的HashMap。

最后一个构造器创建了一个LinkedHashMap实例，其实它也是一个HashMap，因为它继承自HashMap，是对HashMap的一个功能扩展集合，它支持多种顺序的遍历（插入顺序和访问顺序）。

四、操作

public class HashSet<E> extends AbstractSet<E>

    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable{

    //...

    public Iterator<E> iterator() {

        return map.keySet().iterator();

    }

    public int size() {

        return map.size();

    }

    public boolean isEmpty() {

        return map.isEmpty();

    }

    public boolean contains(Object o) {

        return map.containsKey(o);

    }

    public boolean add(E e) {

        return map.put(e, PRESENT)==null;

    }

    public boolean remove(Object o) {

        return map.remove(o)==PRESENT;

    }

    public void clear() {

        map.clear();

    }

    //...

}

上面的所有基础操作，全部已开HashMap的对应方法来完成。

五、序列化操作

5.1 序列化

HashSet实例的序列化执行时，并不会序列化map属性，因为其被transient关键字所修饰。参照源码：

// 在执行序列化操作的时候会执行这个writeObject方法

public class HashSet<E> extends AbstractSet<E>

    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable

{

    //...

    private transient HashMap<E,Object> map;

    private static final Object PRESENT = new Object();

    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)

        throws java.io.IOException {

        // Write out any hidden serialization magic

        // 用于将对象中的非static和非transient的字段值写入流中

        s.defaultWriteObject();

        // Write out HashMap capacity and load factor

        // 将底层HashMap的当前容量和加载因子写入流中

        s.writeInt(map.capacity());

        s.writeFloat(map.loadFactor());

        // Write out size

        // 将底层HashMap的当前元素数量size写入流中

        s.writeInt(map.size());

        // Write out all elements in the proper order.

        // 最后将所有的元素写入流中

        for (E e : map.keySet())

            s.writeObject(e);

    }

    //...

}

5.2 反序列化

// 在执行反序列化操作的时候会执行这个readObject方法

public class HashSet<E> extends AbstractSet<E>

    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable

{

    //...

    private transient HashMap<E,Object> map;

    private static final Object PRESENT = new Object();

    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)

        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {

        // Read in any hidden serialization magic

        // 读取流中对应的当前类的非static和非transient的值

        s.defaultReadObject();

        // Read capacity and verify non-negative.

        // 读取流中的容量值

        int capacity = s.readInt();

        if (capacity < 0) {

            throw new InvalidObjectException("Illegal capacity: " +

                                             capacity);

        }

        // Read load factor and verify positive and non NaN.

        // 读取流中的加载因子值

        float loadFactor = s.readFloat();

        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) {

            throw new InvalidObjectException("Illegal load factor: " +

                                             loadFactor);

        }

        // Read size and verify non-negative.

        // 读取流中的元素数量值

        int size = s.readInt();

        if (size < 0) {

            throw new InvalidObjectException("Illegal size: " +

                                             size);

        }

        // Set the capacity according to the size and load factor ensuring that

        // the HashMap is at least 25% full but clamping to maximum capacity.

        capacity = (int) Math.min(size * Math.min(1 / loadFactor, 4.0f),

                HashMap.MAXIMUM_CAPACITY);

        // Constructing the backing map will lazily create an array when the first element is

        // added, so check it before construction. Call HashMap.tableSizeFor to compute the

        // actual allocation size. Check Map.Entry[].class since it's the nearest public type to

        // what is actually created.

        SharedSecrets.getJavaOISAccess()

                     .checkArray(s, Map.Entry[].class, HashMap.tableSizeFor(capacity));

        // Create backing HashMap

        // 创建底层HashMap实例

        map = (((HashSet<?>)this) instanceof LinkedHashSet ?

               new LinkedHashMap<E,Object>(capacity, loadFactor) :

               new HashMap<E,Object>(capacity, loadFactor));

        // Read in all elements in the proper order.

        // 读取流中保存的元素，并将其逐个添加到新创建的HashMap实例中

        for (int i=0; i<size; i++) {

            @SuppressWarnings("unchecked")

                E e = (E) s.readObject();

            map.put(e, PRESENT);

        }

    }

    //...

}

六、总结

HashSet就是依靠HashMap实现的。

巴特西