HashSet:实不相瞒,我就是个套壳 HashMap

HashSet:实不相瞒,我就是个套壳 HashMap

古时的风筝第 82  篇原创文章 

作者 | 风筝

公众号:古时的风筝(ID:gushidefengzheng)

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题外话

听说公众号又改版了,之前推送不是按时间线来了,也就是你在订阅号消息中看到的推送是按照某种推荐规则来的,而不是按发文顺序,这导致如果大家不往下多翻翻,可能都看不到某些号的推文了,比如我这个小号。(除非加星标)

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HashSet:实不相瞒,我就是个套壳 HashMap

正文开始

之前的 7000 字说清楚 HashMap 已经详细介绍了 HashMap 的原理和实现,本次再来说说他的同胞兄弟 HashSet,这两兄弟经常被拿出来一起说,面试的时候,也经常是两者结合着考察。难道它们两个的实现方式很类似吗,不然为什么总是放在一起比较。

实际上并不是因为它俩相似,从根本上来说,它俩本来就是同一个东西。再说的清楚明白一点, HashSet 就是个套了壳儿的 HashMap。所谓君子善假于物,HashSet 就假了 HashMap。既然你 HashMap 都摆在那儿了,那我 HashSet 何必重复造轮子,借你一样,何不美哉!

HashSet:实不相瞒,我就是个套壳 HashMap

HashSet

HashSet 是什么

下面是 HashSet 的继承关系图,还是老样子,我们看一个数据结构的时候先看它的继承关系图。与 HashSet 并列的还有 TreeSet ,另外 HashSet 还有个子类型 LinkedHashSet ,这个我们后面再说。

HashSet:实不相瞒,我就是个套壳 HashMap

HashSet 继承关系

套壳 HashMap

为啥这么说呢,在我第一次看 HashSet 源码的时候,已经准备好了笔记本,拿好了圆珠笔,准备好好探究一下 HashSet 的神奇所在。可当我按着 Ctrl +鼠标左键进入源码的构造函数的时候,我以为我走错了地方,这构造函数有点简单,甚至还有点神奇。new 了一个 HashMap 并且赋给了 map 属性。

private transient HashMap<E,Object> map;

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

再三确认没看错的情况下,我明白了, HashSet 就是在 HashMap 的基础上套了个壳儿,我们用的是个 HashSet ,实际上它的内部存储逻辑都是 HashMap 的那套逻辑。

除了上面的那个无参类型的构造方法,还有其他的有参构造方法,一看便知,其实就是 HashMap 包装了一层而已。

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);
}

用法

HashSet 应该算是众多数据结构中最简单的一个了,满打满算也就那么几个方法。

public Iterator<E> iterator() {
  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);
}

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

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

public void clear() {
  map.clear();
}

很简单对不对,就这么几个方法,而且你看每个方法其实都是对应的操作 map,也就是内部的 HashMap ,也就是说只要你懂了 HashMap 自然也就懂了 HashSet

保证不重复

Set 接口要求不能有重复项,只要继承了 Set 就要遵守这个规定。我们大多数情况下使用 HashSet 也是因为它有去重的功能。

那它是如何办到的呢,这就要从它的 add 方法说起了。

// Dummy value to associate with an Object in the backing Map
private static final Object PRESENT = new Object();
public boolean add(E e) {
  return map.put(e, PRESENT)==null;
}

HashSetadd 方法其实就是调用了 HashMapput 方法,但是我们都知道 put 进去的是一个键值对,但是 HashSet 存的不是键值对啊,是一个泛型啊,那它是怎么办到的呢?

它把你要存的值当做 HashMap 的 key,而 value 值是一个 finalObject 对象,只起一个占位作用。而 HashMap 本身就不允许重复键,正好被 HashSet 拿来即用。

如何保证不重复呢

HashMap 中不允许存在相同的 key 的,那怎么保证 key 的唯一性呢,判断的代码如下。

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

首先通过 hash 算法算出的值必须相等,算出的结果是 int,所以可以用 == 符号判断。只是这个条件可不行,要知道哈希碰撞是什么意思,有可能两个不一样的 key 最后产生的 hash 值是相同的。

并且待插入的 key == 当前索引已存在的 key,或者 待插入的 key.equals(当前索引已存在的key),注意 == 和 equals 是或的关系。== 符号意味着这是同一个对象, equals 用来确定两个对象内容相同。

如果 key 是基本数据类型,比如 int,那相同的值肯定是相等的,并且产生的 hashCode 也是一致的。

String 类型算是最常用的 key 类型了,我们都知道相同的字符串产生的 hashCode 也是一样的,并且字符串可以用 equals 判断相等。

但是如果用引用类型当做 key 呢,比如我定义了一个 MoonKey 作为 key 值类型

public class MoonKey {

    private String keyTile;

    public String getKeyTile() {
        return keyTile;
    }

    public void setKeyTile(String keyTile) {
        this.keyTile = keyTile;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        MoonKey moonKey = (MoonKey) o;
        return Objects.equals(keyTile, moonKey.keyTile);
    }
}

然后用下面的代码进行两次添加,你说 size 的长度是 1 还是 2 呢?

Map<MoonKey, String> m = new HashMap<>();
MoonKey moonKey = new MoonKey();
moonKey.setKeyTile("1");
MoonKey moonKey1 = new MoonKey();
moonKey1.setKeyTile("1");
m.put(moonKey, "1");
m.put(moonKey1, "2");
System.out.println(hash(moonKey));
System.out.println(hash(moonKey1));
System.out.println(m.size());

答案是 2 ,为什么呢,因为 MoonKey 没有重写 hashCode 方法,导致 moonkey 和 moonKey1 的 hash 值不可能一样,当不重写 hashCode 方法时,默认继承自 Object 的 hashCode 方法,而每个 Object 对象的 hash 值都是独一无二的。

划重点,正确的做法应该是加上 hashCode 的重写。

@Override
public int hashCode() {
  return Objects.hash(keyTile);
}

这也是为什么要求重写 equals 方法的同时,也必须重写 hashCode 方法的原因之一。如果两个对象通过调用equals方法是相等的,那么这两个对象调用hashCode方法必须返回相同的整数。有了这个基础才能保证 HashMap 或者 HashSet 的 key 唯一。

线程安全

由于 HashMap 不是线程安全的,自然, HashSet 也不是线程安全啦。在多线程高并发环境中慎用,如果要用的话怎么办呢,不像 HashMap 那样有多线程版本的 ConcurrentHashMap ,不存在 “ConcurrentHashSet`这种数据结构,如果想用的话要用下面这种方式。

Set<String> set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<String>());

或者使用 ConcurrentHashMap.KeySetView 也可以,但是,这其实就不是 HashSet 了,而是 ConcurrentHashMap 的一个实现了 Set 接口的静态内部类,多线程情况下使用起来完全没问题。

ConcurrentHashMap.KeySetView<String,Boolean> keySetView = ConcurrentHashMap.newKeySet();
keySetView.add("a");
keySetView.add("b");
keySetView.add("c");
keySetView.add("a");
keySetView.forEach(System.out::println);

LinkedHashSet

如果说 HashSet 是套壳儿 HashMap ,那么 LinkedHashSet 就是套壳儿 LinkedHashMap 。对比 HashSet ,它的一个特点就是保证数据有序,插入的时候什么顺序,遍历的时候就是什么顺序。

看一下它其中的无参构造函数。

public LinkedHashSet() {
  super(16, .75f, true);
}

LinkedHashSet 继承自 HashSet ,所以 super(16, .75f, true); 是调用了 HashSet 三个参数的构造函数。

HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
  map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}

这次不是 new HashMap 了,而是 new 了一个 LinkedHashMap ,这就是它能保证有序性的关键。 LinkedHashMap 用双向链表的方式在 HashMap 的基础上额外保存了键值对的插入顺序。

HashMap 中定义了下面这三个方法,这三个方法是在插入和删除键值对的时候调用的方法,用来维护双向链表,在 LinkedHashMap 中有具体的实现。

// Callbacks to allow LinkedHashMap post-actions
void afterNodeAccess(Node<K,V> p) { }
void afterNodeInsertion(boolean evict) { }
void afterNodeRemoval(Node<K,V> p) { }

由于 LinkedHashMap 可以保证键值对顺序,所以,用来实现简单的 LRU 缓存

所以,如果你有场景既要保证元素无重复,又要保证元素有序,可以使用 LinkedHashSet

最后

其实你掌握了 HashMap 就掌握了 HashSet ,它没有什么新东西,就是巧妙的利用了 HashMap 而已,新不新不要紧,好用才是最重要的。

还可以读

别说你还不懂 HashMap

有趣的图说 HashMap,普通人也能看懂

跟我极速尝鲜 Spring Boot 2.3

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HashSet:实不相瞒,我就是个套壳 HashMap

【三连走一波吧】

HashSet:实不相瞒,我就是个套壳 HashMap

原文 

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAxMjA0MDk2OA==&mid=2449470235&idx=1&sn=66ebce4eef430d9a708ae0024f7a77d1

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