HashSet

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  • 概述
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  • 构造方法
  • 成员方法
  • Summary

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概述

前面的文章讨论了Map中的HashMap，它的特点是以key-value形式来保存数据，把key进行hash()后得到hash值，把value存储在table[hash]处，get和put的效率极高，同时它要求key不能重复。之所以把HashMap放在HashSet之前学习，是因为HashSet就是在HashMap的基础之上构造的。

Set，集合，与List的最显著的差别，除了里面的元素无序之外，就是Set中不允许存在重复元素，而Map中不允许存在重复key。所以，Set就是仅仅使用了key的Map，而忽略了Map中的value——Set中的value即是Map中的key。

关于时间复杂度，线程不安全和fast-fail的分析，就不赘述了，前面几篇已经说明了。

学习了HashMap之后，HashSet就简单多了。

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成员变量

    // HashSet的内部是用HashMap来实现的
    private transient HashMap<E,Object> map;

    // 相当于占位，仅仅用来填充HashMap中的value，HashSet仅仅用到了key
    private static final Object PRESENT = new Object();

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构造方法

    // 构造HashSet，实际上得到的是HashMap
    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }

    /**
     * 构造HashSet，包含全部的c，0.75f是默认的load factor
     * c.size()/.75f) + 1是initialcapacity
     */
    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);
    }

    /**
     * 这个私有构造器只给LinkedHashSet用的
     *
     * @param      initialCapacity   the initial capacity of the hash map
     * @param      loadFactor        the load factor of the hash map
     * @param      dummy             ignored (distinguishes this
     *             constructor from other int, float constructor.)
     * @throws     IllegalArgumentException if the initial capacity is less
     *             than zero, or if the load factor is nonpositive
     */
    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
        map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }

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成员方法

    /**
     * 仅仅返回map中key集合的iterator
     */
    public Iterator<E> iterator() {
        return map.keySet().iterator();
    }

    public int size() {
        return map.size();
    }

    public boolean isEmpty() {
        return map.isEmpty();
    }

    /**
     * 判断map中有无此key
     */
    public boolean contains(Object o) {
        return map.containsKey(o);
    }

    /**
     * 往Set中插入元素，调用map的操作
     */
    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();
    }

    /**
     * 浅拷贝
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    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(e);
        }
    }

    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException {
        // Write out any hidden serialization magic
        s.defaultWriteObject();

        // Write out HashMap capacity and load factor
        s.writeInt(map.capacity());
        s.writeFloat(map.loadFactor());

        // Write out size
        s.writeInt(map.size());

        // Write out all elements in the proper order.
        for (E e : map.keySet())
            s.writeObject(e);
    }

    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        // Read in any hidden serialization magic
        s.defaultReadObject();

        // Read capacity and verify non-negative.
        int capacity = s.readInt();
        if (capacity < 0) {
            throw new InvalidObjectException("Illegal capacity: " +
                                             capacity);
        }

        // Read load factor and verify positive and non NaN.
        float loadFactor = s.readFloat();
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) {
            throw new InvalidObjectException("Illegal load factor: " +
                                             loadFactor);
        }

        // Read size and verify non-negative.
        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);

        // Create backing HashMap
        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.
        for (int i=0; i<size; i++) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
                E e = (E) s.readObject();
            map.put(e, PRESENT);
        }
    }

    /**
     * 基于本Set创建一个Spliterator
     */
    public Spliterator<E> spliterator() {
        return new HashMap.KeySpliterator<E,Object>(map, 0, -1, 0, 0);
    }

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Summary

• Set与List最明显的两个区别
  
  • 元素无序
  • 元素无重
• 学习了HashMap的实现及其原理之后，再来学习HashSet就很简单了——HashSet利用了HashMap的数据结构，忽略了value的部分。
• 本质上来说，Set和Map并无区别。
• 至此，学习了ArrayList，LinkedList，HashMap以及HashSet，涉及到的数据结构主要是数组，链表和树；当然java.util家族还有其他的TreeSet，TreeMap等，还有子包concurrent下的很多集合类，就不细看了，了解了红黑的插入删除原理，这些相信都难不倒我们这些执着的CodeDesigners。
• 下一篇将会总结一下Collection家族结构以及Collections这个工具类中的方法。