詳解Java集合類之HashSet篇
1.Set接口方法
Set接口對(duì)象存放的數(shù)據(jù)是沒有重復(fù)，且數(shù)據(jù)是無序存放的（添加順序和存放順序不一致，但是這個(gè)存放的順序是固定的，不會(huì)隨機(jī)變化）
代碼示例：
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
/**
* Set接口方法
*/
public class SetTest {
@SuppressWarnings({"all"})
public static void main(String[] args) {
Set set = new HashSet();
// 添加
set.add("dahe");
set.add("wangwei");
set.add(521);
set.add(521);
set.add(null);
System.out.println(set);
// 遍歷Set
// 迭代器
Iterator iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
Object obj = iterator.next();
System.out.println(obj);
}
// 增強(qiáng)for
for (Object o : set) {
System.out.println(o);
}
}
}
2.HashSet
HashSet的底層其實(shí)，是HashMap：維護(hù)的是一個(gè)數(shù)組 + 單向鏈表
public HashSet() {
map = new HashMap<>();
}
HashSet不保證存放元素的順序和取出的順序一致，這取決于hash后，再確定索引的結(jié)果
代碼示例：
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
/**
* HashSet
*/
public class HashSetText {
@SuppressWarnings({"all"})
public static void main(String[] args) {
Set hashSet = new HashSet();
// 添加
hashSet.add("dahe");
// 添加成功，返回true，失敗返回false
System.out.println(hashSet.add("qian"));
System.out.println(hashSet.add("qian"));
System.out.println(hashSet);
// 添加對(duì)象，以下是不同的對(duì)象
hashSet.add(new DDD("aaa"));
hashSet.add(new DDD("aaa"));
System.out.println(hashSet);
// 經(jīng)典面試題，以下的兩個(gè)只能添加一個(gè)
hashSet.add(new String("hsp"));
hashSet.add(new String("hsp"));
System.out.println(hashSet);
}
}
class DDD {
private String name;
public DDD(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
return "DDD{" +
"name='" + name + '\'' +
'}';
}
}
3.HashSet的擴(kuò)容機(jī)制 - 初次添加數(shù)據(jù)
針對(duì)如下的代碼對(duì)java的擴(kuò)容機(jī)制進(jìn)行分析：
hashSet.add("dahe");
System.out.println(hashSet.add("qian"));
System.out.println(hashSet.add("qian"));
執(zhí)行add操作：（傳入待添加的值e和PRESENT，這里的PRESENT只起到一個(gè)占位的效果）
private static final Object PRESENT = new Object();
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}
繼續(xù)步入：
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
在進(jìn)入putVal方法之前，我們先來看一下這個(gè)hash的算法：
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
如果待添加的數(shù)據(jù)為null，則返回0值，否則返回hash算法的結(jié)果（此算法可以極大的防止沖突的發(fā)生）
執(zhí)行putVal方法：這個(gè)方法很重要（且復(fù)雜）！
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}不要慌，我們來一步一步進(jìn)行分析：
先來看一下這個(gè)東西：
Node<K,V>[] tab;
這個(gè)是存放Map Node節(jié)點(diǎn)的數(shù)組，如果你精通數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鄰接表，對(duì)這個(gè)數(shù)組應(yīng)該很熟悉，tab里面的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是這樣的：（下圖僅作示例）
當(dāng)這個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)組為空或者大小為0的時(shí)候，會(huì)觸發(fā)這個(gè)操作：（tab先進(jìn)行resize操作，隨后返回給n一個(gè)處理后數(shù)組的大小）
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
那這個(gè)resize操作到底是什么呢？我們步入來看看它的真面目：
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}由于初始化tab為null，經(jīng)過一番操作，會(huì)執(zhí)行如下的代碼，這里給計(jì)算了新數(shù)組的空間大?。?/p>
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY的定義，默認(rèn)表的大小為16：
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
下面這里是JDK設(shè)計(jì)者的聰明所在，tab數(shù)組并非用到空之后擴(kuò)容，而是內(nèi)部有一個(gè)臨界的值newThr，所用的空間達(dá)到臨界的值會(huì)觸發(fā)擴(kuò)容機(jī)制 （容量*2），起到一個(gè)緩沖的效果，這樣做主要是為了防止阻塞
注意：這里的空間指的是全部節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，而非tab元素的個(gè)數(shù)
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
一切準(zhǔn)備就緒，開始擴(kuò)容（這里初始化擴(kuò)容的tab容量為16）：
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; table = newTab;
我們?cè)倩氐絧utVal方法，看一下接下來會(huì)發(fā)生什么有趣的事情
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
根據(jù)key得到hash，去計(jì)算該key應(yīng)該存放到table表的那個(gè)索引位置，并把這個(gè)位置對(duì)象賦值給p，如果p為null的話，表示該索引位置還沒有存放過任何的數(shù)據(jù)，就在tab[i]位置創(chuàng)建一個(gè)Node，創(chuàng)建完新Node之后，它在tab數(shù)組中的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)就變成了這樣：
繼續(xù)向下走，修改次數(shù) + 1，并且還要判斷一次tab元素?cái)?shù)量是否大于了臨界值，如果大于了臨界值，進(jìn)行擴(kuò)容操作：
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
最后，返回null，代表一切操作成功！
至此，初次添加數(shù)據(jù)的操作就已經(jīng)完成了！
4.HashSet的擴(kuò)容機(jī)制 - 繼續(xù)添加數(shù)據(jù)
初次添加數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)其實(shí)很簡單，更加困難的是第二次添加數(shù)據(jù)的操作
我們繼續(xù)步入，再次追到putVal方法：
和初次添加不同的是，不會(huì)再進(jìn)入下面的語句，而是向下執(zhí)行：
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
直接判斷計(jì)算得出的tab索引位置有沒有數(shù)據(jù)，沒有的話（實(shí)驗(yàn)的值沒有）繼續(xù)新建節(jié)點(diǎn)：
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
添加完數(shù)據(jù)后，tab里面的結(jié)構(gòu)就變成了這樣：
5.HashSet的擴(kuò)容機(jī)制 - 添加重復(fù)元素
此時(shí)存在兩個(gè)key是相等的，那么下面的語句必然不會(huì)為空，因?yàn)閗ey相等，那么他們hash過后的值也會(huì)相等：
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
繼續(xù)步入，走到else里面，我們來看一下if語句里面的內(nèi)容：
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
如果當(dāng)前索引位置對(duì)應(yīng)的鏈表的第一個(gè)元素和準(zhǔn)備添加的key的hash值一樣
并且滿足準(zhǔn)備：（比較地址和值）
- 加入的key和p指向的Node節(jié)點(diǎn)的key是同一個(gè)對(duì)象
- 不是同一個(gè)對(duì)象，但是通過equals比較過后相同
這時(shí)就不能加入，執(zhí)行：e = p;
再來看看else if語句：
判斷p是不是一顆紅黑樹，如果是的話就按照紅黑樹的方式進(jìn)行比較：
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
再看看else語句：
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
當(dāng)前索引位置已經(jīng)是一個(gè)鏈表。會(huì)依次和該鏈表的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行比較，有重復(fù)的直接break掉，沒有重復(fù)的進(jìn)行掛載
注意：在添加新節(jié)點(diǎn)之后，需要進(jìn)行一次鏈表長度判斷，看下當(dāng)前鏈表中是否已經(jīng)有8個(gè)節(jié)點(diǎn)了，如果已經(jīng)存在了8個(gè)節(jié)點(diǎn)，會(huì)通過treeifyBin方法嘗試進(jìn)化鏈表為紅黑樹
有趣的是，在進(jìn)化紅黑樹的代碼中，存在下面這兩行：
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();
這里面的MIN_TREEIFY_CAPACITY定義如下：
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
也就是說，如果tab長度小于64，不會(huì)馬上進(jìn)行樹化，會(huì)先進(jìn)行tab擴(kuò)容操作！
到此這篇關(guān)于詳解Java集合類之HashSet篇的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java集合類HashSet內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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