Java | 源码知识点之HashSet

这段时间在看JDK(1.8)的源码,从util包的集合开始看,首先要看的肯定是面试经常涉及的HashMap,HashSet,ArrayList等等,在这里记录一下读码时的一些疑惑以及重点。

为什么HashSet能够保证元素不唯一?

我们都知道,HashSet是能够保证插入的元素不唯一,那么其内部到底是怎样实现的呢?
先上源码:

public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;
    //内部通过HashMap来实现
    private transient HashMap<E,Object> map;

    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
    private static final Object PRESENT = new Object();

    /**
     * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has
     * default initial capacity (16) and load factor (0.75).
     */
    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }
/**
*剩下的代码...
**/

通过上述代码可以看到,HashSet的内部是由HashMap来实现的,但是HashMap是一个键值对,调用put方法都是要在key上来存放value,而HashSet的put方法为什么只有一个参数,实际上,看到那句//Dummy value to associate with an Object in the backing Map就知道了,原来HashSet内部插值时插的是HashMapkey,而HashMapvalue则是这个静态常量PRESENT。那么整个HashSet代码看下来,保证HashSet内部元素唯一的一个方法就是HashSetput方法了,该方法很简单,代码如下:

public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }

不得不说这个锅甩的漂亮啊,仿佛听到HashSet在说,没我什么事了,去看HashMap吧,那么我们就先分析一下HashMapput,再来看这个add

HashMap的putVal方法

HashMap是Java中一个十分重要的数据结构,基本上所有Java开发都离不开它,那么HashMap的一个重要的功能就是不断的取数据,写数据,在这里主要看下HashMap是怎样写数据的,写数据的源码如下:

public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

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);//如果p为空,则插入新的对象,并返回null
        else {                                      
            Node<K,V> e; K k;                            //不为空,则插入新的节点e
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))//如果p的key就是要修改的结点的key
                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); //链表后没有值,插入新的
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&                  //找到要插的,且此处有值
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;          //链表后有结点,又不是要插的,则往后
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;              //进行新的mapping
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null; //第一次插,返回的是null,后面再插,返回的就是oldValue;
    }

HashMap内部是通过一个结点数组,Node<k,V>[]来存放键值对的,在通过计算写入对象的hash码后找到对应的index,并进行写入操作,遇到哈希碰撞则是通过链表的方式来处理,通过上述的代码可以看到HashMap插入对象的逻辑:

if 表为空或者表的大小为0,则进行resize,得到一个新表
then if 插入位置为空,则插入新的结点                     //在此处做了一个赋值,将结点p指向了表的某一个位置
     else if 插入位置的结点p就是要修改的结点,则新结点e指向结点p
          else if 插入的结点是TreeNode,则调用TreeNode的插入方法。
               else loop(对该位置存在的链表进行遍历):
                    if 节点p的下一个结点为空,则插到链表后,退出循环
                    if 找到某一个不为空的结点,则退出循环,此时新结点e指向该结点
               if 新节点不为空,则进行新的mapping,即替换值内容并返回旧值
     if 表大小超过阈值,resize
     返回null;                                             

那么重点来了,当HashMap在某个位置首次插入时,由于插入位置为空,则插入了新的结点,此时直接返回null,而后续进行插入操作时,会进行新的mapping,从而返回旧值,那么我们再回头看一下HashSetadd方法:

public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;

也就是说,HashSet里的HashMap只有第一次插值的时候会返回true,后续的都返回的false,这样就保证了HashSet中元素的唯一性。

PEACE OUT

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