问题描述

HashSet底层机制

添加元素流程

1、HashSet底层是HashMap

2、添加一个元素时，先得到 hash值，这个hash值会转成索引值

3、找到存储数据表，看这个索引位置是否已经存放有元素

4、如果没有直接加入

5、如果有，调用equals(这个equals具体怎么比较，可以进行重写)比较，如果相同就放弃添加，如果不同就添加到最后

6、在Java8中如果一条链表的元素个数到TREEIFY_THRESHOLD(默认为8)，并且table大小>=MIN_TREEIFY_CAPACITY(默认64)就会变为红黑树

源码

Set<String> set=new HashSet<>();
set.add("java");
set.add("php");
set.add("java");

Set set=new HashSet<>();
执行构造器

//Set<String> set=new HashSet<>();
//执行构造器
public HashSet() {
    map = new HashMap<>();
}

add(“java”)

public boolean add(E e) {
	return map.put(e, PRESENT)==null;
}
//put方法key为传入的e即为"java",value为PRESENT
//private static final Object PRESENT = new Object();
//PRESENT为一个占位的对象
public V put(K key, V value) {
    //key为传入的“Java”value永远为PRESENT
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
//该方法会得到key的一个hash值
//将key的hashCode进一步处理可以有效的防止hash碰撞
static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
//putVal方法
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;//定了一些辅助变量
    //table是hashMap的成员变量Node<K,V>[]是用于放节点的数组
    //最开始是为null的
    //这句话表示：如果当前table时null，或者大小为0
    //就第一次扩容，到16个
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;//此时table的长度为16，tab也是如此n=16
    //根据hash去计算和n计算key(java)应该存放在table表中的那个索引i的位置
    //并把这个位置的对象赋值给p
    //判断p是否为空
    //为空就说明表中没有存放元素，那就新建一个Node，放入位置i
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)//n=16,hash为传过来的值
        /* Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }*/
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);//key为“Java" value不变
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            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);
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    // threshold = newThr;newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    //判断是否达到0.75*16
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);//让子类实现的
    return null;//代表成功
}
final Node<K,V>[] resize() {
    //Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;//定了一些辅助变量
    //table是hashMap的成员变量Node<K,V>[]是用于放节点的数组
    //最开始是为null的
    //if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
    //n = (tab = resize()).length;
        Node<K,V>[] oldTab = table;//添加第一个元素时table为null
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;//oldCap=0
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        if (oldCap > 0) {
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        else {//添加第一个元素时直接跳到这里来
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;//DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4=16;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);//DEFAULT_LOAD_FACTOR加载因子0.75。数组的元素个数到达0.75*16时考虑扩容。
        }
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        threshold = newThr;//12
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];//建立了一个长度为16的元素类型为Node<K,V>[]的数组
        table = newTab;//将新建的数组赋值给table
        if (oldTab != null) {//oldTab此时为空
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else if (e instanceof TreeNode)
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // preserve order
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            else {
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;//此时将新建的长度为16的数组返回
    }

再一次添加一个元素

add(“php”)

    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        //此时table不为空
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        //直接执行该句
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            //没有冲突
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                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);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

添加一个相同的元素

add(“java”)

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    //此时table不为空
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    //直接执行该句
    //p默认指向数组中的元素，也就是链表中的第一个元素
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        //产生了冲突
        Node<K,V> e; K k;
        //如果当前索引位置对应的链表第一个元素和准备添加的key的hash值一样
        //并且(k = p.key) == key即是相同的对象
        //或key的内容与链表第一个元素相同key.equals(k)。说明添加了相同的元素
        //可以重写equals方法自定义比较规则
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            //相同说明添加了重复的元素
            e = p;
        //判断p（是第一节点）后面接的是否为一颗红黑树
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);//放入红黑树中
        //链表
        else {
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                //(e = p.next) == null判断的同时赋值p.next，使得e指向p.next
                if ((e = p.next) == null) {
                    //等于空后赋值到链表的末尾
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    //binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1。到达临界值后尝试将链表转为红黑树
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    //if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
                    //resize();
                    //但是会判断数组的长度是否大于等于64，如果小于64会先扩容数组
                    break;
                }
                //如果有重复的元素，直接跳出循环
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                //让p指向e结合上面的e = p.next，从头到尾遍历一遍链表
                p = e;
            }
        }
        //e不为空说明添加了重复的元素
        //此时不对hashMap做任何操作
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

总结

1、HashSet的底层是HashMap

2、添加一个元素时，先得到这个元素的hash值，

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

再将其转化为索引值

i = (n - 1) & hash//n为数组的长度

3、找到存储数据表table，看这个索引位置是否已经存放元素

4、如果没有直接加入

5、如果有则调用下面的方法进行比较

其中p为该索引处的第一个元素，是链表的头节点或树的根

if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))

如果满足，就放弃添加。如果不相同就继续添加。

6、添加时会检查p是否为一颗红黑树，如果是，就添加到红黑树中

7、如果不是那p就是链表的头节点，把元素加入链表中

8、如果链表中节点的个数到达8个后，会尝试将链表转化为红黑树

treeifyBin(tab, hash);

9、但执行上面的方法是会进行一个判断，判断是否真的要将链表转化为红黑树

if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();
//但是会判断数组的长度是否大于等于64，如果小于64会先扩容数组

会判断数组的长度是否大于等于64，如果小于64会先扩容数组

10、数组的扩容规则

添加第一个元素的时候会将数组扩容为16

newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;//DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4=16;

下一次进行扩容的临界值为

16*加载因子（0.75）=12

如果数组使用到了临界值12，就会扩容到16*2=32.新的临界值就为32*0.75=24

以此类推

注意

1、当我们向hashSet中添加一个元素时，无论这个元素加在数组中，还是链表中，还是树中。这些元素的个数都会影响到数组的扩容。

2、重写hashcode方法和equals方法

解决方法

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