Java【集合系列】-15- HashSet详细介绍(源码解析)和使用示例

参考：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3323085.html

前面，我们已经系统的对List和Map进行了学习。接下来，我们开始可以学习Set。相信经过Map的了解之后，学习Set会容易很多。毕竟，Set的实现类都是基于Map来实现的(HashSet是通过HashMap实现的，TreeSet是通过TreeMap实现的)。

首先，我们看看Set架构。





 

(01) Set 是继承于Collection的接口。它是一个不允许有重复元素的集合。
(02) AbstractSet 是一个抽象类，它继承于AbstractCollection，AbstractCollection实现了Set中的绝大部分函数，为Set的实现类提供了便利。
(03) HastSet 和 TreeSet 是Set的两个实现类。
        HashSet依赖于HashMap，它实际上是通过HashMap实现的。HashSet中的元素是无序的。
        TreeSet依赖于TreeMap，它实际上是通过TreeMap实现的。TreeSet中的元素是有序的。

概要

这一章，我们对HashSet进行学习。
我们先对HashSet有个整体认识，然后再学习它的源码，最后再通过实例来学会使用HashSet。内容包括：
第1部分 HashSet介绍
第2部分 HashSet数据结构
第3部分 HashSet源码解析(基于JDK1.6.0_45)
第4部分 HashSet遍历方式
第5部分 HashSet示例

转载请注明出处：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3311252.html

 

第1部分 HashSet介绍

HashSet 简介

HashSet 是一个没有重复元素的集合。
它是由HashMap实现的，不保证元素的顺序，而且HashSet允许使用 null 元素。
HashSet是非同步的。如果多个线程同时访问一个哈希 set，而其中至少一个线程修改了该 set，那么它必须 保持外部同步。这通常是通过对自然封装该 set 的对象执行同步操作来完成的。如果不存在这样的对象，则应该使用 Collections.synchronizedSet 方法来“包装” set。最好在创建时完成这一操作，以防止对该 set 进行意外的不同步访问：

Set s = Collections.synchronizedSet(new HashSet(...));

HashSet通过iterator()返回的迭代器是fail-fast的。

 

HashSet的构造函数

// 默认构造函数
public HashSet()

// 带集合的构造函数
public HashSet(Collection<? extends E> c)

// 指定HashSet初始容量和加载因子的构造函数
public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor)

// 指定HashSet初始容量的构造函数
public HashSet(int initialCapacity)

// 指定HashSet初始容量和加载因子的构造函数,dummy没有任何作用
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy)

HashSet的主要API

boolean         add(E object)
void            clear()
Object          clone()
boolean         contains(Object object)
boolean         isEmpty()
Iterator<E>     iterator()
boolean         remove(Object object)
int             size()

 

第2部分 HashSet数据结构

HashSet的继承关系如下：

java.lang.Object
↳     java.util.AbstractCollection<E>
↳     java.util.AbstractSet<E>
↳     java.util.HashSet<E>

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

 

HashSet与Map关系如下图：





从图中可以看出：
(01) HashSet继承于AbstractSet，并且实现了Set接口。
(02) HashSet的本质是一个"没有重复元素"的集合，它是通过HashMap实现的。HashSet中含有一个"HashMap类型的成员变量"map，HashSet的操作函数，实际上都是通过map实现的。

 

第3部分 HashSet源码解析(基于JDK1.6.0_45)

为了更了解HashSet的原理，下面对HashSet源码代码作出分析。

1 package java.util;
2
3 public class HashSet<E>
4     extends AbstractSet<E>
5     implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
6 {
7     static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;
8
9     // HashSet是通过map(HashMap对象)保存内容的
10     private transient HashMap<E,Object> map;
11
12     // PRESENT是向map中插入key-value对应的value
13     // 因为HashSet中只需要用到key，而HashMap是key-value键值对；
14     // 所以，向map中添加键值对时，键值对的值固定是PRESENT
15     private static final Object PRESENT = new Object();
16
17     // 默认构造函数
18     public HashSet() {
19         // 调用HashMap的默认构造函数，创建map
20         map = new HashMap<E,Object>();
21     }
22
23     // 带集合的构造函数
24     public HashSet(Collection<? extends E> c) {
25         // 创建map。
26         // 为什么要调用Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16)，从 (c.size()/.75f) + 1 和 16 中选择一个比较大的树呢？
27         // 首先，说明(c.size()/.75f) + 1
28         //   因为从HashMap的效率(时间成本和空间成本)考虑，HashMap的加载因子是0.75。
29         //   当HashMap的“阈值”(阈值=HashMap总的大小*加载因子) < “HashMap实际大小”时，
30         //   就需要将HashMap的容量翻倍。
31         //   所以，(c.size()/.75f) + 1 计算出来的正好是总的空间大小。
32         // 接下来，说明为什么是 16 。
33         //   HashMap的总的大小，必须是2的指数倍。若创建HashMap时，指定的大小不是2的指数倍；
34         //   HashMap的构造函数中也会重新计算，找出比“指定大小”大的最小的2的指数倍的数。
35         //   所以，这里指定为16是从性能考虑。避免重复计算。
36         map = new HashMap<E,Object>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
37         // 将集合(c)中的全部元素添加到HashSet中
38         addAll(c);
39     }
40
41     // 指定HashSet初始容量和加载因子的构造函数
42     public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
43         map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
44     }
45
46     // 指定HashSet初始容量的构造函数
47     public HashSet(int initialCapacity) {
48         map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity);
49     }
50
51     HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
52         map = new LinkedHashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
53     }
54
55     // 返回HashSet的迭代器
56     public Iterator<E> iterator() {
57         // 实际上返回的是HashMap的“key集合的迭代器”
58         return map.keySet().iterator();
59     }
60
61     public int size() {
62         return map.size();
63     }
64
65     public boolean isEmpty() {
66         return map.isEmpty();
67     }
68
69     public boolean contains(Object o) {
70         return map.containsKey(o);
71     }
72
73     // 将元素(e)添加到HashSet中
74     public boolean add(E e) {
75         return map.put(e, PRESENT)==null;
76     }
77
78     // 删除HashSet中的元素(o)
79     public boolean remove(Object o) {
80         return map.remove(o)==PRESENT;
81     }
82
83     public void clear() {
84         map.clear();
85     }
86
87     // 克隆一个HashSet，并返回Object对象
88     public Object clone() {
89         try {
90             HashSet<E> newSet = (HashSet<E>) super.clone();
91             newSet.map = (HashMap<E, Object>) map.clone();
92             return newSet;
93         } catch (CloneNotSupportedException e) {
94             throw new InternalError();
95         }
96     }
97
98     // java.io.Serializable的写入函数
99     // 将HashSet的“总的容量，加载因子，实际容量，所有的元素”都写入到输出流中
100     private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
101         throws java.io.IOException {
102         // Write out any hidden serialization magic
103         s.defaultWriteObject();
104
105         // Write out HashMap capacity and load factor
106         s.writeInt(map.capacity());
107         s.writeFloat(map.loadFactor());
108
109         // Write out size
110         s.writeInt(map.size());
111
112         // Write out all elements in the proper order.
113         for (Iterator i=map.keySet().iterator(); i.hasNext(); )
114             s.writeObject(i.next());
115     }
116
117
118     // java.io.Serializable的读取函数
119     // 将HashSet的“总的容量，加载因子，实际容量，所有的元素”依次读出
120     private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
121         throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
122         // Read in any hidden serialization magic
123         s.defaultReadObject();
124
125         // Read in HashMap capacity and load factor and create backing HashMap
126         int capacity = s.readInt();
127         float loadFactor = s.readFloat();
128         map = (((HashSet)this) instanceof LinkedHashSet ?
129                new LinkedHashMap<E,Object>(capacity, loadFactor) :
130                new HashMap<E,Object>(capacity, loadFactor));
131
132         // Read in size
133         int size = s.readInt();
134
135         // Read in all elements in the proper order.
136         for (int i=0; i<size; i++) {
137             E e = (E) s.readObject();
138             map.put(e, PRESENT);
139         }
140     }
141 }

说明： HashSet的代码实际上非常简单，通过上面的注释应该很能够看懂。它是通过HashMap实现的，若对HashSet的理解有困难，建议先学习以下HashMap；学完HashMap之后，在学习HashSet就非常容易了。

 

第4部分 HashSet遍历方式

4.1 通过Iterator遍历HashSet

第一步：根据iterator()获取HashSet的迭代器。
第二步：遍历迭代器获取各个元素。

// 假设set是HashSet对象
for(Iterator iterator = set.iterator();
iterator.hasNext(); ) {
iterator.next();
}

 

4.2 通过for-each遍历HashSet

第一步：根据toArray()获取HashSet的元素集合对应的数组。
第二步：遍历数组，获取各个元素。

// 假设set是HashSet对象，并且set中元素是String类型
String[] arr = (String[])set.toArray(new String[0]);
for (String str:arr)
System.out.printf("for each : %s\n", str);

HashSet的遍历测试程序如下： 

1 import java.util.Random;
2 import java.util.Iterator;
3 import java.util.HashSet;
4
5 /*
6  * @desc 介绍HashSet遍历方法
7  *
8  * @author skywang
9  */
10 public class HashSetIteratorTest {
11
12     public static void main(String[] args) {
13         // 新建HashSet
14         HashSet set = new HashSet();
15
16         // 添加元素 到HashSet中
17         for (int i=0; i<5; i++)
18             set.add(""+i);
19
20         // 通过Iterator遍历HashSet
21         iteratorHashSet(set) ;
22
23         // 通过for-each遍历HashSet
24         foreachHashSet(set);
25     }
26
27     /*
28      * 通过Iterator遍历HashSet。推荐方式
29      */
30     private static void iteratorHashSet(HashSet set) {
31         for(Iterator iterator = set.iterator();
32                iterator.hasNext(); ) {
33             System.out.printf("iterator : %s\n", iterator.next());
34         }
35     }
36
37     /*
38      * 通过for-each遍历HashSet。不推荐！此方法需要先将Set转换为数组
39      */
40     private static void foreachHashSet(HashSet set) {
41         String[] arr = (String[])set.toArray(new String[0]);
42         for (String str:arr)
43             System.out.printf("for each : %s\n", str);
44     }
45 }

运行结果： 

iterator : 3
iterator : 2
iterator : 1
iterator : 0
iterator : 4
for each : 3
for each : 2
for each : 1
for each : 0
for each : 4

 

第5部分 HashSet示例

下面我们通过实例学习如何使用HashSet

1 import java.util.Iterator;
2 import java.util.HashSet;
3
4 /*
5  * @desc HashSet常用API的使用。
6  *
7  * @author skywang
8  */
9 public class HashSetTest {
10
11     public static void main(String[] args) {
12         // HashSet常用API
13         testHashSetAPIs() ;
14     }
15
16     /*
17      * HashSet除了iterator()和add()之外的其它常用API
18      */
19     private static void testHashSetAPIs() {
20         // 新建HashSet
21         HashSet set = new HashSet();
22
23         // 将元素添加到Set中
24         set.add("a");
25         set.add("b");
26         set.add("c");
27         set.add("d");
28         set.add("e");
29
30         // 打印HashSet的实际大小
31         System.out.printf("size : %d\n", set.size());
32
33         // 判断HashSet是否包含某个值
34         System.out.printf("HashSet contains a :%s\n", set.contains("a"));
35         System.out.printf("HashSet contains g :%s\n", set.contains("g"));
36
37         // 删除HashSet中的“e”
38         set.remove("e");
39
40         // 将Set转换为数组
41         String[] arr = (String[])set.toArray(new String[0]);
42         for (String str:arr)
43             System.out.printf("for each : %s\n", str);
44
45         // 新建一个包含b、c、f的HashSet
46         HashSet otherset = new HashSet();
47         otherset.add("b");
48         otherset.add("c");
49         otherset.add("f");
50
51         // 克隆一个removeset，内容和set一模一样
52         HashSet removeset = (HashSet)set.clone();
53         // 删除“removeset中，属于otherSet的元素”
54         removeset.removeAll(otherset);
55         // 打印removeset
56         System.out.printf("removeset : %s\n", removeset);
57
58         // 克隆一个retainset，内容和set一模一样
59         HashSet retainset = (HashSet)set.clone();
60         // 保留“retainset中，属于otherSet的元素”
61         retainset.retainAll(otherset);
62         // 打印retainset
63         System.out.printf("retainset : %s\n", retainset);
64
65
66         // 遍历HashSet
67         for(Iterator iterator = set.iterator();
68                iterator.hasNext(); )
69             System.out.printf("iterator : %s\n", iterator.next());
70
71         // 清空HashSet
72         set.clear();
73
74         // 输出HashSet是否为空
75         System.out.printf("%s\n", set.isEmpty()?"set is empty":"set is not empty");
76     }
77
78 }

运行结果： 

size : 5
HashSet contains a :true
HashSet contains g :false
for each : d
for each : b
for each : c
for each : a
removeset : [d, a]
retainset : [b, c]
iterator : d
iterator : b
iterator : c
iterator : a
set is empty