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Java Set的源码分析

飞进科技 2022-03-13 阅读 91

一、概述

1. Set接口的框架:
  Collection接口:单列集合,用来存储一个一个的对象
    Set接口:存储无序的、不可重复的数据   -->高中讲的“集合”
      HashSet:作为Set接口的主要实现类;线程不安全的;可以存储null值
        LinkedHashSet:作为HashSet的子类;遍历其内部数据时,可以按照添加的顺序遍历
                     对于频繁的遍历操作,LinkedHashSet效率高于HashSet.
      TreeSet:可以按照添加对象的指定属性,进行排序。

Set:存储无序的、不可重复的数据
以HashSet为例说明:
1. 无序性:不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加,而是根据
数据的哈希值决定的。
2. 不可重复性:保证添加的元素按照equals()判断时,不能返回true.即:相同的元素只能添加一个。

    HashSet 集合判断两个元素相等的标准:两个对象通过 hashCode() 方法比较相
等,并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。
    对于存放在Set容器中的对象,对应的类一定要重写equals()和hashCode(Object
obj)方法,以实现对象相等规则。即:“相等的对象必须具有相等的散列码”。

二、HashSet的源码分析

    private transient HashMap<E,Object> map;

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

    public int size() {
        return map.size();
    }

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

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

    /**
     * Implements Map.put and related methods.
     *
     * @param hash hash for key
     * @param key the key
     * @param value the value to put
     * @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
     * @param evict if false, the table is in creation mode.
     * @return previous value, or null if none
     */
    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);
        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;
    }

    Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        return new Node<>(hash, key, value, next);
    }

说明:

1、添加元素的过程:以HashSet为例:
  我们向HashSet中添加元素a,首先调用元素a所在类的hashCode()方法,计算元素a的哈希值,
此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置(即为:索引位置),判断
数组此位置上是否已经有元素:
  如果此位置上没有其他元素,则元素a添加成功。 --->情况1
  如果此位置上有其他元素b(或以链表形式存在的多个元素),则比较元素a与元素b的hash值:
  如果hash值不相同,则元素a添加成功。--->情况2
  如果hash值相同,进而需要调用元素a所在类的equals()方法:
     equals()返回true,元素a添加失败
     equals()返回false,则元素a添加成功。--->情况2

  对于添加成功的情况2和情况3而言:元素a 与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储。

  jdk 7 :元素a放到数组中,指向原来的元素。
  jdk 8 :原来的元素在数组中,指向元素a
  总结:七上八下

  HashSet底层:数组+链表的结构。
  底层也是数组,初始容量为16,当如果使用率超过0.75,(16*0.75=12)
就会扩大容量为原来的2倍。(16扩容为32,依次为64,128....等)

因set底层HashMap,具体看HashMap源码分析。

重写 hashCode() 方法的基本原则

  1.在程序运行时,同一个对象多次调用hashCode()方法应该返回相同的值。 
  2.当两个对象的equals()方法比较返回true时,这两个对象的hashCode()方法的返回值也应相等。
  3.对象中用作equals()方法比较的Field,都应该用来计算 hashCode 值。

重写 equals() 方法的基本原则

  1.当一个类有自己特有的“逻辑相等”概念,当改写equals()的时候,总是要改写hashCode(),
根据一个类的equals方法(改写后),两个截然不同的实例有可能在逻辑上是相等的,但是,
根据Object.hashCode()方法,它们仅仅是两个对象。
  2.因此,违反了“相等的对象必须具有相等的散列码”。
  3.结论:复写equals方法的时候一般都需要同时复写hashCode方法。通常参与计算hashCode的
对象的属性也应该参与到equals()中进行计算。

Eclipse/IDEA工具里hashCode()的重写

为什么用Eclipse/IDEA复写hashCode方法,有31这个数字?

  1.选择系数的时候要选择尽量大的系数。因为如果计算出来的hash地址越大,所谓的“冲突”就越
少,查找起来效率也会提高。(减少冲突)
  2.并且31只占用5bits,相乘造成数据溢出的概率较小。
  3.31可以 由i*31== (i<<5)-1来表示,现在很多虚拟机里面都有做相关优化。(提高算法效率)
  4.31是一个素数,素数作用就是如果我用一个数字来乘以这个素数,那么最终出来的结果只能被
素数本身和被乘数还有1来整除!(减少冲突)

三、LinkedHashSet的源码分析

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