【145期】考考基础部分,谈谈Java集合中HashSet的原理及常用方法

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面试刷图,查缺补漏

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阶段汇总集合:

目录

  • HashSet概述
  • HashSet构造
  • add方法
  • remove方法
  • 遍历
  • 合计合计
    • 先看一下LinkedHashSet
    • 在看一下TreeSet
    • 一. HashSet概述

      HashSet是Java集合Set的一个实现类,Set是一个接口,其实现类除HashSet之外,还有TreeSet,并继承了Collection,HashSet集合很常用,同时也是程序员面试时经常会被问到的知识点,下面是结构图

      【145期】考考基础部分,谈谈Java集合中HashSet的原理及常用方法
      
      public class HashSetE
          extends AbstractSetE
          implements SetE, Cloneable, java.io.Serializable
      {}
      

      二. HashSet构造

      HashSet有几个重载的构造方法,我们来看一下

      
      private transient HashMapE,Object map;
      //默认构造器
      public HashSet() {
          map = new HashMap();
      }
      //将传入的集合添加到HashSet的构造器
      public HashSet(Collection? extends E c) {
          map = new HashMap(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
          addAll(c);
      }
      //明确初始容量和装载因子的构造器
      public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
          map = new HashMap(initialCapacity, loadFactor);
      }
      //仅明确初始容量的构造器(装载因子默认0.75)
      public HashSet(int initialCapacity) {
          map = new HashMap(initialCapacity);
      }
      

      通过上面的源码,我们发现了HashSet就TM是一个皮包公司,它就对外接活儿,活儿接到了就直接扔给HashMap处理了。因为底层是通过HashMap实现的,这里简单提一下:

      HashMap的数据存储是通过数组+链表/红黑树实现的,存储大概流程是通过hash函数计算在数组中存储的位置,如果该位置已经有值了,判断key是否相同,相同则覆盖,不相同则放到元素对应的链表中,如果链表长度大于8,就转化为红黑树,如果容量不够,则需扩容(注:这只是大致流程)。往期:

      三. add方法

      HashSet的add方法时通过HashMap的put方法实现的,不过HashMap是key-value键值对,而HashSet是集合,那么是怎么存储的呢,我们看一下源码

      
      private static final Object PRESENT = new Object();
      
      public boolean add(E e) {
          return map.put(e, PRESENT)==null;
      }
      

      看源码我们知道,HashSet添加的元素是存放在HashMap的key位置上,而value取了默认常量PRESENT,是一个空对象,至于map的put方法,大家可以看

      【145期】考考基础部分,谈谈Java集合中HashSet的原理及常用方法

      https://www.cnblogs.com/LiaHon/p/11149644.html

      四. remove方法

      HashSet的remove方法通过HashMap的remove方法来实现

      
      //HashSet的remove方法
      public boolean remove(Object o) {
          return map.remove(o)==PRESENT;
      }
      //map的remove方法
      public V remove(Object key) {
          NodeK,V e;
          //通过hash(key)找到元素在数组中的位置,再调用removeNode方法删除
          return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ? null : e.value;
      }
      /**
       * 
       */
      final NodeK,V removeNode(int hash, Object key, Object value,
                                 boolean matchValue, boolean movable) {
          NodeK,V[] tab; NodeK,V p; int n, index;
          //步骤1.需要先找到key所对应Node的准确位置,首先通过(n - 1) & hash找到数组对应位置上的第一个node
          if ((tab = table) != null && (n = tab.length)  0 &&
              (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
              NodeK,V node = null, e; K k; V v;
              //1.1 如果这个node刚好key值相同,运气好,找到了
              if (p.hash == hash &&
                  ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                  node = p;
              /**
               * 1.2 运气不好,在数组中找到的Node虽然hash相同了,但key值不同,很明显不对, 我们需要遍历继续
               *     往下找;
               */
              else if ((e = p.next) != null) {
                  //1.2.1 如果是TreeNode类型,说明HashMap当前是通过数组+红黑树来实现存储的,遍历红黑树找到对应node
                  if (p instanceof TreeNode)
                      node = ((TreeNodeK,V)p).getTreeNode(hash, key);
                  else {
                      //1.2.2 如果是链表,遍历链表找到对应node
                      do {
                          if (e.hash == hash &&
                              ((k = e.key) == key ||
                               (key != null && key.equals(k)))) {
                              node = e;
                              break;
                          }
                          p = e;
                      } while ((e = e.next) != null);
                  }
              }
              //通过前面的步骤1找到了对应的Node,现在我们就需要删除它了
              if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                                   (value != null && value.equals(v)))) {
                  /**
                   * 如果是TreeNode类型,删除方法是通过红黑树节点删除实现的,具体可以参考【TreeMap原理实现
                   * 及常用方法】
                   */
                  if (node instanceof TreeNode)
                      ((TreeNodeK,V)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
                  /** 
                   * 如果是链表的情况,当找到的节点就是数组hash位置的第一个元素,那么该元素删除后,直接将数组
                   * 第一个位置的引用指向链表的下一个即可
                   */
                  else if (node == p)
                      tab[index] = node.next;
                  /**
                   * 如果找到的本来就是链表上的节点,也简单,将待删除节点的上一个节点的next指向待删除节点的
                   * next,隔离开待删除节点即可
                   */
                  else
                      p.next = node.next;
                  ++modCount;
                  --size;
                  //删除后可能存在存储结构的调整,可参考【LinkedHashMap如何保证顺序性】中remove方法
                  afterNodeRemoval(node);
                  return node;
              }
          }
          return null;
      }
      

      removeTreeNode方法具体实现可参考

      afterNodeRemoval方法具体实现可参考

      https://www.cnblogs.com/LiaHon/p/11180869.html

      五. 遍历

      HashSet作为集合,有多种遍历方法,如普通for循环,增强for循环,迭代器,我们通过迭代器遍历来看一下

      
      public static void main(String[] args) {
          HashSetString setString = new HashSet ();
          setString.add("星期一");
          setString.add("星期二");
          setString.add("星期三");
          setString.add("星期四");
          setString.add("星期五");
      
          Iterator it = setString.iterator();
          while (it.hasNext()) {
              System.out.println(it.next());
          }
      }
      

      打印出来的结果如何呢?

      
      星期二
      星期三
      星期四
      星期五
      星期一
      

      意料之中吧,HashSet是通过HashMap来实现的,HashMap通过hash(key)来确定存储的位置,是不具备存储顺序性的,因此HashSet遍历出的元素也并非按照插入的顺序。

      六. 合计合计

      按照我前面的规划,应该每一块主要的内容都单独写一下,如集合ArrayList,LinkedList,HashMap,TreeMap等。

      不过我在写这篇关于HashSet的文章时,发现有前面对HashMap的讲解后,确实简单,HashSet就是一个皮包公司,在HashMap外面加了一个壳,那么LinkedHashSet是否就是在LinkedHashMap外面加了一个壳呢,而TreeSet是否是在TreeMap外面加了一个壳?我们来验证一下

      先看一下LinkedHashSet

      最开始的结构图已经提到了LinkedHashSet是HashSet的子类,我们来看源码

      
      public class LinkedHashSetE
          extends HashSetE
          implements SetE, Cloneable, java.io.Serializable 
      {
          
        public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
              super(initialCapacity, loadFactor, true);
          }
      
          public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
              super(initialCapacity, .75f, true);
          }
      
          public LinkedHashSet() {
              super(16, .75f, true);
          }
      
          public LinkedHashSet(Collection? extends E c) {
              super(Math.max(2*c.size(), 11), .75f, true);
              addAll(c);
          }
      
          public SpliteratorE spliterator() {
              return Spliterators.spliterator(this, Spliterator.DISTINCT | Spliterator.ORDERED);
          }
      }
      

      上面就是LinkedHashSet的所有代码了,是不是感觉智商被否定了,这基本上没啥东西嘛,构造器还全部调用父类的,下面就是其父类HashSet的对此的构造方法

      
      HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
          map = new LinkedHashMap(initialCapacity, loadFactor);
      }
      

      大家也看出来,和我们的猜测一样,没有深究下去的必要了。如果有兴趣可以看看LinkedHashMap如何保证顺序性

      在看一下TreeSet

      
      public class TreeSetE extends AbstractSetE
          implements NavigableSetE, Cloneable, java.io.Serializable
      {
       public TreeSet() {
              this(new TreeMapE,Object());
          }
          public TreeSet(Comparator? super E comparator) {
              this(new TreeMap(comparator));
          }
          public TreeSet(Collection? extends E c) {
              this();
              addAll(c);
          }
          public TreeSet(SortedSetE s) {
              this(s.comparator());
              addAll(s);
          }
      }
      

      确实如我们所猜测,TreeSet也完全依赖于TreeMap来实现,如果有兴趣可以看看

      七. 总结

      本来想三章的内容,一章就算完了,虽然Set实现有点赖皮,毕竟他祖辈是Collection而不是Map,在Map的实现类上穿了一层衣服就成了Set,然后出于某种目的埋伏在Collection中,哈哈,开个玩笑,本文主要介绍了HashSet的原理以及主要方法,同时简单介绍了LinkedHashSet和TreeSet,若有不对之处,请批评指正,望共同进步,谢谢!

      作者:工匠初心
      cnblogs.com/LiaHon/p/11257805.html

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    2021-04-05