死磕java集合之HashSet源碼分析-創(chuàng)新互聯(lián)

問(wèn)題

（1）集合（Collection）和集合（Set）有什么區(qū)別？

在克山等地區(qū)，都構(gòu)建了全面的區(qū)域性戰(zhàn)略布局，加強(qiáng)發(fā)展的系統(tǒng)性、市場(chǎng)前瞻性、產(chǎn)品創(chuàng)新能力，以專(zhuān)注、極致的服務(wù)理念，為客戶提供做網(wǎng)站、成都網(wǎng)站建設(shè) 網(wǎng)站設(shè)計(jì)制作按需定制制作,公司網(wǎng)站建設(shè),企業(yè)網(wǎng)站建設(shè),成都品牌網(wǎng)站建設(shè),成都營(yíng)銷(xiāo)網(wǎng)站建設(shè),成都外貿(mào)網(wǎng)站制作,克山網(wǎng)站建設(shè)費(fèi)用合理。

（2）HashSet怎么保證添加元素不重復(fù)？

（3）HashSet是否允許null元素？

（4）HashSet是有序的嗎？

（5）HashSet是同步的嗎？

（6）什么是fail-fast？

簡(jiǎn)介

集合，這個(gè)概念有點(diǎn)模糊。

廣義上來(lái)講，java中的集合是指java.util包下面的容器類(lèi)，包括和Collection及Map相關(guān)的所有類(lèi)。

中義上來(lái)講，我們一般說(shuō)集合特指java集合中的Collection相關(guān)的類(lèi)，不包含Map相關(guān)的類(lèi)。

狹義上來(lái)講，數(shù)學(xué)上的集合是指不包含重復(fù)元素的容器，即集合中不存在兩個(gè)相同的元素，在java里面對(duì)應(yīng)Set。

具體怎么來(lái)理解還是要看上下文環(huán)境。

比如，面試別人讓你說(shuō)下java中的集合，這時(shí)候肯定是廣義上的。

再比如，下面我們講的把另一個(gè)集合中的元素全部添加到Set中，這時(shí)候就是中義上的。

HashSet是Set的一種實(shí)現(xiàn)方式，底層主要使用HashMap來(lái)確保元素不重復(fù)。

源碼分析

屬性

// 內(nèi)部使用HashMap
    private transient HashMap<E,Object> map;

    // 虛擬對(duì)象，用來(lái)作為value放到map中
    private static final Object PRESENT = new Object();

構(gòu)造方法

public HashSet() {
    map = new HashMap<>();
}

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);
}

// 非public，主要是給LinkedHashSet使用的
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
    map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}

構(gòu)造方法都是調(diào)用HashMap對(duì)應(yīng)的構(gòu)造方法。

最后一個(gè)構(gòu)造方法有點(diǎn)特殊，它不是public的，意味著它只能被同一個(gè)包或者子類(lèi)調(diào)用，這是LinkedHashSet專(zhuān)屬的方法。

添加元素

直接調(diào)用HashMap的put()方法，把元素本身作為key，把PRESENT作為value，也就是這個(gè)map中所有的value都是一樣的。

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

刪除元素

直接調(diào)用HashMap的remove()方法，注意map的remove返回是刪除元素的value，而Set的remov返回的是boolean類(lèi)型。

這里要檢查一下，如果是null的話說(shuō)明沒(méi)有該元素，如果不是null肯定等于PRESENT。

public boolean remove(Object o) {
    return map.remove(o)==PRESENT;
}

查詢?cè)?/h4>

Set沒(méi)有g(shù)et()方法哦，因?yàn)間et似乎沒(méi)有意義，不像List那樣可以按index獲取元素。

這里只要一個(gè)檢查元素是否存在的方法contains()，直接調(diào)用map的containsKey()方法。

public boolean contains(Object o) {
    return map.containsKey(o);
}

遍歷元素

直接調(diào)用map的keySet的迭代器。

public Iterator<E> iterator() {
    return map.keySet().iterator();
}

全部源碼

package java.util;

import java.io.InvalidObjectException;
import sun.misc.SharedSecrets;

public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;

    // 內(nèi)部元素存儲(chǔ)在HashMap中
    private transient HashMap<E,Object> map;

    // 虛擬元素，用來(lái)存到map元素的value中的，沒(méi)有實(shí)際意義
    private static final Object PRESENT = new Object();

    // 空構(gòu)造方法
    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }

    // 把另一個(gè)集合的元素全都添加到當(dāng)前Set中
    // 注意，這里初始化map的時(shí)候是計(jì)算了它的初始容量的
    public HashSet(Collection<? extends E> c) {
        map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
        addAll(c);
    }

    // 指定初始容量和裝載因子
    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }

    // 只指定初始容量
    public HashSet(int initialCapacity) {
        map = new HashMap<>(initialCapacity);
    }

    // LinkedHashSet專(zhuān)用的方法
    // dummy是沒(méi)有實(shí)際意義的, 只是為了跟上上面那個(gè)操持方法簽名不同而已
    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
        map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }

    // 迭代器
    public Iterator<E> iterator() {
        return map.keySet().iterator();
    }

    // 元素個(gè)數(shù)
    public int size() {
        return map.size();
    }

    // 檢查是否為空
    public boolean isEmpty() {
        return map.isEmpty();
    }

    // 檢查是否包含某個(gè)元素
    public boolean contains(Object o) {
        return map.containsKey(o);
    }

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

    // 刪除元素
    public boolean remove(Object o) {
        return map.remove(o)==PRESENT;
    }

    // 清空所有元素
    public void clear() {
        map.clear();
    }

    // 克隆方法
    @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);
        }
    }

    // 序列化寫(xiě)出方法
    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException {
        // 寫(xiě)出非static非transient屬性
        s.defaultWriteObject();

        // 寫(xiě)出map的容量和裝載因子
        s.writeInt(map.capacity());
        s.writeFloat(map.loadFactor());

        // 寫(xiě)出元素個(gè)數(shù)
        s.writeInt(map.size());

        // 遍歷寫(xiě)出所有元素
        for (E e : map.keySet())
            s.writeObject(e);
    }

    // 序列化讀入方法
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        // 讀入非static非transient屬性
        s.defaultReadObject();

        // 讀入容量, 并檢查不能小于0
        int capacity = s.readInt();
        if (capacity < 0) {
            throw new InvalidObjectException("Illegal capacity: " +
                                             capacity);
        }

        // 讀入裝載因子, 并檢查不能小于等于0或者是NaN(Not a Number)
        // java.lang.Float.NaN = 0.0f / 0.0f;
        float loadFactor = s.readFloat();
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) {
            throw new InvalidObjectException("Illegal load factor: " +
                                             loadFactor);
        }

        // 讀入元素個(gè)數(shù)并檢查不能小于0
        int size = s.readInt();
        if (size < 0) {
            throw new InvalidObjectException("Illegal size: " +
                                             size);
        }
        // 根據(jù)元素個(gè)數(shù)重新設(shè)置容量
        // 這是為了保證map有足夠的容量容納所有元素, 防止無(wú)意義的擴(kuò)容
        capacity = (int) Math.min(size * Math.min(1 / loadFactor, 4.0f),
                HashMap.MAXIMUM_CAPACITY);

        // 再次檢查某些東西, 不重要的代碼忽視掉
        SharedSecrets.getJavaOISAccess()
                     .checkArray(s, Map.Entry[].class, HashMap.tableSizeFor(capacity));

        // 創(chuàng)建map, 檢查是不是LinkedHashSet類(lèi)型
        map = (((HashSet<?>)this) instanceof LinkedHashSet ?
               new LinkedHashMap<E,Object>(capacity, loadFactor) :
               new HashMap<E,Object>(capacity, loadFactor));

        // 讀入所有元素, 并放入map中
        for (int i=0; i<size; i++) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
                E e = (E) s.readObject();
            map.put(e, PRESENT);
        }
    }

    // 可分割的迭代器, 主要用于多線程并行迭代處理時(shí)使用
    public Spliterator<E> spliterator() {
        return new HashMap.KeySpliterator<E,Object>(map, 0, -1, 0, 0);
    }
}

總結(jié)

（1）HashSet內(nèi)部使用HashMap的key存儲(chǔ)元素，以此來(lái)保證元素不重復(fù)；

（2）HashSet是無(wú)序的，因?yàn)镠ashMap的key是無(wú)序的；

（3）HashSet中允許有一個(gè)null元素，因?yàn)镠ashMap允許key為null；

（4）HashSet是非線程安全的；

（5）HashSet是沒(méi)有g(shù)et()方法的；

彩蛋

（1）阿里手冊(cè)上有說(shuō)，使用java中的集合時(shí)要自己指定集合的大小，通過(guò)這篇源碼的分析，你知道初始化HashMap的時(shí)候初始容量怎么傳嗎？

我們發(fā)現(xiàn)有下面這個(gè)構(gòu)造方法，很清楚明白地告訴了我們?cè)趺粗付ㄈ萘俊?/p>

假如，我們預(yù)估HashMap要存儲(chǔ)n個(gè)元素，那么，它的容量就應(yīng)該指定為((n/0.75f) + 1)，如果這個(gè)值小于16，那就直接使用16得了。

初始化時(shí)指定容量是為了減少擴(kuò)容的次數(shù)，提高效率。

public HashSet(Collection<? extends E> c) {
    map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
    addAll(c);
}

（2）什么是fail-fast？

fail-fast機(jī)制是java集合中的一種錯(cuò)誤機(jī)制。

當(dāng)使用迭代器迭代時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)集合有修改，則快速失敗做出響應(yīng)，拋出ConcurrentModificationException異常。

這種修改有可能是其它線程的修改，也有可能是當(dāng)前線程自己的修改導(dǎo)致的，比如迭代的過(guò)程中直接調(diào)用remove()刪除元素等。

另外，并不是java中所有的集合都有fail-fast的機(jī)制。比如，像最終一致性的ConcurrentHashMap、CopyOnWriterArrayList等都是沒(méi)有fast-fail的。

那么，fail-fast是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

細(xì)心的同學(xué)可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，像ArrayList、HashMap中都有一個(gè)屬性叫modCount，每次對(duì)集合的修改這個(gè)值都會(huì)加1，在遍歷前記錄這個(gè)值到expectedModCount中，遍歷中檢查兩者是否一致，如果出現(xiàn)不一致就說(shuō)明有修改，則拋出ConcurrentModificationException異常。

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死磕 java集合之HashSet源碼分析

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標(biāo)題名稱(chēng)：死磕java集合之HashSet源碼分析-創(chuàng)新互聯(lián)
文章分享：http://muchs.cn/article30/dhdpso.html

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