Java中的HashSet详解和使用示例_动力节点Java学院整理

第1部分 HashSet介绍

HashSet 简介

HashSet 是一个没有重复元素的集合。

它是由HashMap实现的，不保证元素的顺序，而且HashSet允许使用 null 元素。

HashSet是非同步的。如果多个线程同时访问一个哈希 set，而其中至少一个线程修改了该 set，那么它必须 保持外部同步。这通常是通过对自然封装该 set 的对象执行同步操作来完成的。如果不存在这样的对象，则应该使用 Collections.synchronizedSet 方法来“包装” set。最好在创建时完成这一操作，以防止对该 set 进行意外的不同步访问：
Set s = Collections.synchronizedSet(new HashSet(...));

HashSet通过iterator()返回的迭代器是fail-fast的。 

HashSet的构造函数

// 默认构造函数
public HashSet()
// 带集合的构造函数
public HashSet(Collection<? extends E> c)
// 指定HashSet初始容量和加载因子的构造函数
public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor)
// 指定HashSet初始容量的构造函数
public HashSet(int initialCapacity)
// 指定HashSet初始容量和加载因子的构造函数,dummy没有任何作用
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy)

HashSet的主要API 

boolean   add(E object)
void   clear()
Object   clone()
boolean   contains(Object object)
boolean   isEmpty()
Iterator<E>  iterator()
boolean   remove(Object object)
int    size()

第2部分 HashSet数据结构

HashSet的继承关系如下： 

java.lang.Object
 java.util.AbstractCollection<E>
   java.util.AbstractSet<E>
    java.util.HashSet<E>
public class HashSet<E>
extends AbstractSet<E>
implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable { }

HashSet与Map关系如下图：

 从图中可以看出：

(01) HashSet继承于AbstractSet，并且实现了Set接口。

(02) HashSet的本质是一个"没有重复元素"的集合，它是通过HashMap实现的。HashSet中含有一个"HashMap类型的成员变量"map，HashSet的操作函数，实际上都是通过map实现的。

第3部分 HashSet源码解析(基于JDK1.6.0_45)

为了更了解HashSet的原理，下面对HashSet源码代码作出分析。 

package java.util;
public class HashSet<E>
 extends AbstractSet<E>
 implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
 static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;
  // HashSet是通过map(HashMap对象)保存内容的
 private transient HashMap<E,Object> map;
 // PRESENT是向map中插入key-value对应的value
 // 因为HashSet中只需要用到key，而HashMap是key-value键值对；
 // 所以，向map中添加键值对时，键值对的值固定是PRESENT
 private static final Object PRESENT = new Object();
 // 默认构造函数
 public HashSet() {
  // 调用HashMap的默认构造函数，创建map
  map = new HashMap<E,Object>();
 }
 // 带集合的构造函数
 public HashSet(Collection<? extends E> c) {
  // 创建map。
  // 为什么要调用Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16)，从 (c.size()/.75f) + 1 和 16 中选择一个比较大的树呢？  
  // 首先，说明(c.size()/.75f) + 1
  // 因为从HashMap的效率(时间成本和空间成本)考虑，HashMap的加载因子是0.75。
  // 当HashMap的“阈值”(阈值=HashMap总的大小*加载因子) < “HashMap实际大小”时，
  // 就需要将HashMap的容量翻倍。
  // 所以，(c.size()/.75f) + 1 计算出来的正好是总的空间大小。
  // 接下来，说明为什么是 16 。
  // HashMap的总的大小，必须是2的指数倍。若创建HashMap时，指定的大小不是2的指数倍；
  // HashMap的构造函数中也会重新计算，找出比“指定大小”大的最小的2的指数倍的数。
  // 所以，这里指定为16是从性能考虑。避免重复计算。
  map = new HashMap<E,Object>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
  // 将集合(c)中的全部元素添加到HashSet中
  addAll(c);
 }
 // 指定HashSet初始容量和加载因子的构造函数
 public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
  map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
 }
 // 指定HashSet初始容量的构造函数
 public HashSet(int initialCapacity) {
  map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity);
 }
 HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
  map = new LinkedHashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
 }
 // 返回HashSet的迭代器
 public Iterator<E> iterator() {
  // 实际上返回的是HashMap的“key集合的迭代器”
  return map.keySet().iterator();
 }
 public int size() {
  return map.size();
 }
 public boolean isEmpty() {
  return map.isEmpty();
 }
 public boolean contains(Object o) {
  return map.containsKey(o);
 }
 // 将元素(e)添加到HashSet中
 public boolean add(E e) {
  return map.put(e, PRESENT)==null;
 }
 // 删除HashSet中的元素(o)
 public boolean remove(Object o) {
  return map.remove(o)==PRESENT;
 }
 public void clear() {
  map.clear();
 }
 // 克隆一个HashSet，并返回Object对象
 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();
  }
 }
 // java.io.Serializable的写入函数
 // 将HashSet的“总的容量，加载因子，实际容量，所有的元素”都写入到输出流中
 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 (Iterator i=map.keySet().iterator(); i.hasNext(); )
   s.writeObject(i.next());
 }
 // java.io.Serializable的读取函数
 // 将HashSet的“总的容量，加载因子，实际容量，所有的元素”依次读出
 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
  throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
  // Read in any hidden serialization magic
  s.defaultReadObject();
  // Read in HashMap capacity and load factor and create backing HashMap
  int capacity = s.readInt();
  float loadFactor = s.readFloat();
  map = (((HashSet)this) instanceof LinkedHashSet ?
   new LinkedHashMap<E,Object>(capacity, loadFactor) :
   new HashMap<E,Object>(capacity, loadFactor));
  // Read in size
  int size = s.readInt();
  // Read in all elements in the proper order.
  for (int i=; i<size; i++) {
   E e = (E) s.readObject();
   map.put(e, PRESENT);
  }
 }
}

说明： HashSet的代码实际上非常简单，通过上面的注释应该很能够看懂。它是通过HashMap实现的，若对HashSet的理解有困难，建议先学习以下HashMap；学完HashMap之后，在学习HashSet就非常容易了。 

第4部分 HashSet遍历方式

4.1 通过Iterator遍历HashSet

第一步：根据iterator()获取HashSet的迭代器。

第二步：遍历迭代器获取各个元素。

// 假设set是HashSet对象
for(Iterator iterator = set.iterator();
 iterator.hasNext(); ) {
iterator.next();
}

4.2 通过for-each遍历HashSet

第一步：根据toArray()获取HashSet的元素集合对应的数组。

第二步：遍历数组，获取各个元素。

// 假设set是HashSet对象，并且set中元素是String类型
String[] arr = (String[])set.toArray(new String[0]);
for (String str:arr)
System.out.printf("for each : ％s\n", str);

HashSet的遍历测试程序如下：  

import java.util.Random;
import java.util.Iterator;
import java.util.HashSet;
/*
* @desc 介绍HashSet遍历方法
*
*
*/
public class HashSetIteratorTest {
 public static void main(String[] args) {
  // 新建HashSet
  HashSet set = new HashSet();
  // 添加元素 到HashSet中
  for (int i=; i<; i++)
   set.add(""+i);
  // 通过Iterator遍历HashSet
  iteratorHashSet(set) ;
  // 通过for-each遍历HashSet
  foreachHashSet(set);
 }
 /*
 * 通过Iterator遍历HashSet。推荐方式
 */
 private static void iteratorHashSet(HashSet set) {
  for(Iterator iterator = set.iterator();
   iterator.hasNext(); ) {
   System.out.printf("iterator : ％s\n", iterator.next());
  }
 }
 /*
 * 通过for-each遍历HashSet。不推荐！此方法需要先将Set转换为数组
 */
 private static void foreachHashSet(HashSet set) {
  String[] arr = (String[])set.toArray(new String[]);
  for (String str:arr)
   System.out.printf("for each : ％s\n", str);
 }
}

运行结果： 

iterator : 3
iterator : 2
iterator : 1
iterator : 0
iterator : 4
for each : 3
for each : 2
for each : 1
for each : 0
for each : 4

第5部分 HashSet示例

下面我们通过实例学习如何使用HashSet 

import java.util.Iterator;
import java.util.HashSet;
/*
* @desc HashSet常用API的使用。
*
* @author skywang
*/
public class HashSetTest {
 public static void main(String[] args) {
  // HashSet常用API
  testHashSetAPIs() ;
 }
 /*
 * HashSet除了iterator()和add()之外的其它常用API
 */
 private static void testHashSetAPIs() {
  // 新建HashSet
  HashSet set = new HashSet();
  // 将元素添加到Set中
  set.add("a");
  set.add("b");
  set.add("c");
  set.add("d");
  set.add("e");
  // 打印HashSet的实际大小
  System.out.printf("size : ％d\n", set.size());
  // 判断HashSet是否包含某个值
  System.out.printf("HashSet contains a :％s\n", set.contains("a"));
  System.out.printf("HashSet contains g :％s\n", set.contains("g"));
  // 删除HashSet中的“e”
  set.remove("e");
  // 将Set转换为数组
  String[] arr = (String[])set.toArray(new String[]);
  for (String str:arr)
   System.out.printf("for each : ％s\n", str);
  // 新建一个包含b、c、f的HashSet
  HashSet otherset = new HashSet();
  otherset.add("b");
  otherset.add("c");
  otherset.add("f");
  // 克隆一个removeset，内容和set一模一样
  HashSet removeset = (HashSet)set.clone();
  // 删除“removeset中，属于otherSet的元素”
  removeset.removeAll(otherset);
  // 打印removeset
  System.out.printf("removeset : ％s\n", removeset);
  // 克隆一个retainset，内容和set一模一样
  HashSet retainset = (HashSet)set.clone();
  // 保留“retainset中，属于otherSet的元素”
  retainset.retainAll(otherset);
  // 打印retainset
  System.out.printf("retainset : ％s\n", retainset);
  // 遍历HashSet
  for(Iterator iterator = set.iterator();
   iterator.hasNext(); )
   System.out.printf("iterator : ％s\n", iterator.next());
  // 清空HashSet
  set.clear();
  // 输出HashSet是否为空
  System.out.printf("％s\n", set.isEmpty()?"set is empty":"set is not empty");
 }
}

运行结果：  

size : 5
HashSet contains a :true
HashSet contains g :false
for each : d
for each : b
for each : c
for each : a
removeset : [d, a]
retainset : [b, c]
iterator : d
iterator : b
iterator : c
iterator : a
set is empty

以上所述是小编给大家介绍的Java中的HashSet详解和使用示例_动力节点Java学院整理网站的支持！