死磕 java集合之HashSet源碼分析
（1）集合（Collection）和集合（Set）有什麽區別？
（2）HashSet怎麽保證添加元素不重復？
（3）HashSet是否允許null元素？
（4）HashSet是有序的嗎？
（5）HashSet是同步的嗎？
（6）什麽是fail-fast？
簡介
集合，這個概念有點模糊。
廣義上來講，java中的集合是指java.util包下面的容器類，包括和Collection及Map相關的所有類。
中義上來講，我們一般說集合特指java集合中的Collection相關的類，不包含Map相關的類。
狹義上來講，數學上的集合是指不包含重復元素的容器，即集合中不存在兩個相同的元素，在java裏面對應Set。
具體怎麽來理解還是要看上下文環境。
比如，面試別人讓你說下java中的集合，這時候肯定是廣義上的。
再比如，下面我們講的把另一個集合中的元素全部添加到Set中，這時候就是中義上的。
HashSet是Set的一種實現方式，底層主要使用HashMap來確保元素不重復。
源碼分析
屬性
// 內部使用HashMap
private transient HashMap<E,Object> map;
// 虛擬對象，用來作為value放到map中
private static final Object PRESENT = new Object();構造方法
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); }
構造方法都是調用HashMap對應的構造方法。
最後一個構造方法有點特殊，它不是public的，意味著它只能被同一個包或者子類調用，這是LinkedHashSet專屬的方法。
添加元素
直接調用HashMap的put()方法，把元素本身作為key，把PRESENT作為value，也就是這個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
直接調用HashMap的remove()方法，註意map的remove返回是刪除元素的value，而Set的remov返回的是boolean類型。
這裏要檢查一下，如果是null的話說明沒有該元素，如果不是null肯定等於PRESENT。
public boolean remove(Object o) {
return map.remove(o)==PRESENT;
}查詢元素
Set沒有get()方法哦，因為get似乎沒有意義，不像List那樣可以按index獲取元素。
這裏只要一個檢查元素是否存在的方法contains()，直接調用map的containsKey()方法。
public boolean contains(Object o) {
return map.containsKey(o);
}遍歷元素
直接調用map的keySet的叠代器。
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;
// 內部元素存儲在HashMap中
private transient HashMap<E,Object> map;
// 虛擬元素，用來存到map元素的value中的，沒有實際意義
private static final Object PRESENT = new Object();
// 空構造方法
public HashSet() {
map = new HashMap<>();
}
// 把另一個集合的元素全都添加到當前Set中
// 註意，這裏初始化map的時候是計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專用的方法
// dummy是沒有實際意義的, 只是為了跟上上面那個操持方法簽名不同而已
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}
// 叠代器
public Iterator<E> iterator() {
return map.keySet().iterator();
}
// 元素個數
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);
}
}
// 序列化寫出方法
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException {
// 寫出非static非transient屬性
s.defaultWriteObject();
// 寫出map的容量和裝載因子
s.writeInt(map.capacity());
s.writeFloat(map.loadFactor());
// 寫出元素個數
s.writeInt(map.size());
// 遍歷寫出所有元素
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, 並檢查不能小於0
int capacity = s.readInt();
if (capacity < 0) {
throw new InvalidObjectException("Illegal capacity: " +
capacity);
}
// 讀入裝載因子, 並檢查不能小於等於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);
}
// 讀入元素個數並檢查不能小於0
int size = s.readInt();
if (size < 0) {
throw new InvalidObjectException("Illegal size: " +
size);
}
// 根據元素個數重新設置容量
// 這是為了保證map有足夠的容量容納所有元素, 防止無意義的擴容
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));
// 創建map, 檢查是不是LinkedHashSet類型
map = (((HashSet<?>)this) instanceof LinkedHashSet ?
new LinkedHashMap<E,Object>(capacity, loadFactor) :
new HashMap<E,Object>(capacity, loadFactor));
// 讀入所有元素, 並放入map中
for (int i=0; i<size; i++) {
@SuppressWarnings("unchecked")
E e = (E) s.readObject();
map.put(e, PRESENT);
}
}
// 可分割的叠代器, 主要用於多線程並行叠代處理時使用
public Spliterator<E> spliterator() {
return new HashMap.KeySpliterator<E,Object>(map, 0, -1, 0, 0);
}
}總結
（1）HashSet內部使用HashMap的key存儲元素，以此來保證元素不重復；
（2）HashSet是無序的，因為HashMap的key是無序的；
（3）HashSet中允許有一個null元素，因為HashMap允許key為null；
（4）HashSet是非線程安全的；
（5）HashSet是沒有get()方法的；
彩蛋
（1）阿裏手冊上有說，使用java中的集合時要自己指定集合的大小，通過這篇源碼的分析，你知道初始化HashMap的時候初始容量怎麽傳嗎？
我們發現有下面這個構造方法，很清楚明白地告訴了我們怎麽指定容量。
假如，我們預估HashMap要存儲n個元素，那麽，它的容量就應該指定為((n/0.75f) + 1)，如果這個值小於16，那就直接使用16得了。
初始化時指定容量是為了減少擴容的次數，提高效率。
public HashSet(Collection<? extends E> c) {
map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
addAll(c);
}（2）什麽是fail-fast？
fail-fast機制是java集合中的一種錯誤機制。
當使用叠代器叠代時，如果發現集合有修改，則快速失敗做出響應，拋出ConcurrentModificationException異常。
這種修改有可能是其它線程的修改，也有可能是當前線程自己的修改導致的，比如叠代的過程中直接調用remove()刪除元素等。
另外，並不是java中所有的集合都有fail-fast的機制。比如，像最終一致性的ConcurrentHashMap、CopyOnWriterArrayList等都是沒有fast-fail的。
那麽，fail-fast是怎麽實現的呢？
細心的同學可能會發現，像ArrayList、HashMap中都有一個屬性叫modCount，每次對集合的修改這個值都會加1，在遍歷前記錄這個值到expectedModCount中，遍歷中檢查兩者是否一致，如果出現不一致就說明有修改，則拋出ConcurrentModificationException異常。
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