面试官:HashSet 的实现原理是怎样的?底层是什么数据结构?被问到了。。

简介: 面试官:HashSet 的实现原理是怎样的?底层是什么数据结构?被问到了。。

一. HashSet概述


HashSet是Java集合Set的一个实现类,Set是一个接口,其实现类除HashSet之外,还有TreeSet,并继承了Collection,HashSet集合很常用,同时也是程序员面试时经常会被问到的知识点,下面是结构图



8.png

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


二. HashSet构造


HashSet有几个重载的构造方法,我们来看一下


private transient HashMap<E,Object> map;
//默认构造器
public HashSet() {
    map = new HashMap<>();
}
//将传入的集合添加到HashSet的构造器
public HashSet(Collection<? extends E> c) {
    map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
    addAll(c);
}
//明确初始容量和装载因子的构造器
public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
    map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}
//仅明确初始容量的构造器(装载因子默认0.75)
public HashSet(int initialCapacity) {
    map = new HashMap<>(initialCapacity);
}


通过上面的源码,我们发现了HashSet就TM是一个皮包公司,它就对外接活儿,活儿接到了就直接扔给HashMap处理了。因为底层是通过HashMap实现的,这里简单提一下:


HashMap的数据存储是通过数组+链表/红黑树实现的,存储大概流程是通过hash函数计算在数组中存储的位置,如果该位置已经有值了,判断key是否相同,相同则覆盖,不相同则放到元素对应的链表中,如果链表长度大于8,就转化为红黑树,如果容量不够,则需扩容(注:这只是大致流程)。


如果对HashMap原理不太清楚的话,可以先去了解一下。


集合系列教程:https://www.javastack.cn/categories/Java/


三. add方法


HashSet的add方法时通过HashMap的put方法实现的,不过HashMap是key-value键值对,而HashSet是集合,那么是怎么存储的呢,我们看一下源码


private static final Object PRESENT = new Object();


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


看源码我们知道,HashSet添加的元素是存放在HashMap的key位置上,而value取了默认常量PRESENT,是一个空对象。


9.png


四. remove方法


HashSet的remove方法通过HashMap的remove方法来实现


//HashSet的remove方法
public boolean remove(Object o) {
    return map.remove(o)==PRESENT;
}
//map的remove方法
public V remove(Object key) {
    Node<K,V> e;
    //通过hash(key)找到元素在数组中的位置,再调用removeNode方法删除
    return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ? null : e.value;
}
/**
 *
 */
final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
                           boolean matchValue, boolean movable) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
    //步骤1.需要先找到key所对应Node的准确位置,首先通过(n - 1) & hash找到数组对应位置上的第一个node
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
        Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
        //1.1 如果这个node刚好key值相同,运气好,找到了
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            node = p;
        /**
         * 1.2 运气不好,在数组中找到的Node虽然hash相同了,但key值不同,很明显不对, 我们需要遍历继续
         *     往下找;
         */
        else if ((e = p.next) != null) {
            //1.2.1 如果是TreeNode类型,说明HashMap当前是通过数组+红黑树来实现存储的,遍历红黑树找到对应node
            if (p instanceof TreeNode)
                node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
            else {
                //1.2.2 如果是链表,遍历链表找到对应node
                do {
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key ||
                         (key != null && key.equals(k)))) {
                        node = e;
                        break;
                    }
                    p = e;
                } while ((e = e.next) != null);
            }
        }
        //通过前面的步骤1找到了对应的Node,现在我们就需要删除它了
        if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                             (value != null && value.equals(v)))) {
            /**
             * 如果是TreeNode类型,删除方法是通过红黑树节点删除实现的,具体可以参考【TreeMap原理实现
             * 及常用方法】
             */
            if (node instanceof TreeNode)
                ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
            /**
             * 如果是链表的情况,当找到的节点就是数组hash位置的第一个元素,那么该元素删除后,直接将数组
             * 第一个位置的引用指向链表的下一个即可
             */
            else if (node == p)
                tab[index] = node.next;
            /**
             * 如果找到的本来就是链表上的节点,也简单,将待删除节点的上一个节点的next指向待删除节点的
             * next,隔离开待删除节点即可
             */
            else
                p.next = node.next;
            ++modCount;
            --size;
            //删除后可能存在存储结构的调整,可参考【LinkedHashMap如何保证顺序性】中remove方法
            afterNodeRemoval(node);
            return node;
        }
    }
    return null;
}


removeTreeNode方法具体实现可参考 TreeMap原理实现及常用方法


五. 遍历


HashSet作为集合,有多种遍历方法,如普通for循环,增强for循环,迭代器,我们通过迭代器遍历来看一下


public static void main(String[] args) {
    HashSet<String> setString = new HashSet<> ();
    setString.add("星期一");
    setString.add("星期二");
    setString.add("星期三");
    setString.add("星期四");
    setString.add("星期五");
    Iterator it = setString.iterator();
    while (it.hasNext()) {
        System.out.println(it.next());
    }
}


打印出来的结果如何呢?


星期二
星期三
星期四
星期五
星期一


意料之中吧,HashSet是通过HashMap来实现的,HashMap通过hash(key)来确定存储的位置,是不具备存储顺序性的,因此HashSet遍历出的元素也并非按照插入的顺序。


六. 合计合计


按照我前面的规划,应该每一块主要的内容都单独写一下,如集合ArrayList,LinkedList,HashMap,TreeMap等。不过我在写这篇关于HashSet的文章时,发现有前面对HashMap的讲解后,确实简单,HashSet就是一个皮包公司,在HashMap外面加了一个壳,那么LinkedHashSet是否就是在LinkedHashMap外面加了一个壳呢,而TreeSet是否是在TreeMap外面加了一个壳?我们来验证一下


先看一下LinkedHashSet

最开始的结构图已经提到了LinkedHashSet是HashSet的子类,我们来看源码


public class LinkedHashSet<E>
    extends HashSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
     public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        super(initialCapacity, loadFactor, true);
    }
    public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
        super(initialCapacity, .75f, true);
    }
    public LinkedHashSet() {
        super(16, .75f, true);
    }
    public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c) {
        super(Math.max(2*c.size(), 11), .75f, true);
        addAll(c);
    }
    public Spliterator<E> spliterator() {
        return Spliterators.spliterator(this, Spliterator.DISTINCT | Spliterator.ORDERED);
    }
}


上面就是LinkedHashSet的所有代码了,是不是感觉智商被否定了,这基本上没啥东西嘛,构造器还全部调用父类的,下面就是其父类HashSet的对此的构造方法


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


大家也看出来,和我们的猜测一样,没有深究下去的必要了。如果有兴趣可以看看LinkedHashMap如何保证顺序性。


在看一下TreeSet


public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
    implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    public TreeSet() {
        this(new TreeMap<E,Object>());
    }
    public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
        this(new TreeMap<>(comparator));
    }
    public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }
    public TreeSet(SortedSet<E> s) {
        this(s.comparator());
        addAll(s);
    }
}


确实如我们所猜测,TreeSet也完全依赖于TreeMap来实现,如果有兴趣可以看看TreeMap原理实现及常用方法。


七. 总结


本来想三章的内容,一章就算完了,虽然Set实现有点赖皮,毕竟他祖辈是Collection而不是Map,在Map的实现类上穿了一层衣服就成了Set,然后出于某种目的埋伏在Collection中,哈哈,开个玩笑,本文主要介绍了HashSet的原理以及主要方法,同时简单介绍了LinkedHashSet和TreeSet,若有不对之处,请批评指正,望共同进步,谢谢!


相关文章
|
5月前
|
消息中间件 存储 缓存
大厂面试高频:Kafka 工作原理 ( 详细图解 )
本文详细解析了 Kafka 的核心架构和实现原理,消息中间件是亿级互联网架构的基石,大厂面试高频,非常重要,建议收藏。关注【mikechen的互联网架构】,10年+BAT架构经验倾囊相授。
大厂面试高频:Kafka 工作原理 ( 详细图解 )
|
4月前
|
存储 SQL 关系型数据库
MySQL进阶突击系列(03) MySQL架构原理solo九魂17环连问 | 给大厂面试官的一封信
本文介绍了MySQL架构原理、存储引擎和索引的相关知识点,涵盖查询和更新SQL的执行过程、MySQL各组件的作用、存储引擎的类型及特性、索引的建立和使用原则,以及二叉树、平衡二叉树和B树的区别。通过这些内容,帮助读者深入了解MySQL的工作机制,提高数据库管理和优化能力。
|
2月前
|
存储 NoSQL 前端开发
美团面试:手机扫描PC二维码登录,底层原理和完整流程是什么?
45岁老架构师尼恩详细梳理了手机扫码登录的完整流程,帮助大家在面试中脱颖而出。该过程分为三个阶段:待扫描阶段、已扫描待确认阶段和已确认阶段。更多技术圣经系列PDF及详细内容,请关注【技术自由圈】获取。
|
3月前
|
Java Linux 调度
硬核揭秘:线程与进程的底层原理,面试高分必备!
嘿,大家好!我是小米,29岁的技术爱好者。今天来聊聊线程和进程的区别。进程是操作系统中运行的程序实例,有独立内存空间;线程是进程内的最小执行单元,共享内存。创建进程开销大但更安全,线程轻量高效但易引发数据竞争。面试时可强调:进程是资源分配单位,线程是CPU调度单位。根据不同场景选择合适的并发模型,如高并发用线程池。希望这篇文章能帮你更好地理解并回答面试中的相关问题,祝你早日拿下心仪的offer!
64 6
|
4月前
|
Java 数据库连接 Maven
最新版 | 深入剖析SpringBoot3源码——分析自动装配原理(面试常考)
自动装配是现在面试中常考的一道面试题。本文基于最新的 SpringBoot 3.3.3 版本的源码来分析自动装配的原理,并在文未说明了SpringBoot2和SpringBoot3的自动装配源码中区别,以及面试回答的拿分核心话术。
最新版 | 深入剖析SpringBoot3源码——分析自动装配原理(面试常考)
|
5月前
|
架构师 数据库
大厂面试高频:数据库乐观锁的实现原理、以及应用场景
数据库乐观锁是必知必会的技术栈,也是大厂面试高频,十分重要,本文解析数据库乐观锁。关注【mikechen的互联网架构】,10年+BAT架构经验分享。
大厂面试高频:数据库乐观锁的实现原理、以及应用场景
|
5月前
|
存储 算法 Java
大厂面试高频:什么是自旋锁?Java 实现自旋锁的原理?
本文详解自旋锁的概念、优缺点、使用场景及Java实现。关注【mikechen的互联网架构】,10年+BAT架构经验倾囊相授。
大厂面试高频:什么是自旋锁?Java 实现自旋锁的原理?
|
5月前
|
存储 缓存 安全
大厂面试高频:ConcurrentHashMap 的实现原理( 超详细 )
本文详细解析ConcurrentHashMap的实现原理,大厂高频面试,必知必备。关注【mikechen的互联网架构】,10年+BAT架构经验倾囊相授。
大厂面试高频:ConcurrentHashMap 的实现原理( 超详细 )
|
5月前
|
存储 安全 Java
面试高频:Synchronized 原理,建议收藏备用 !
本文详解Synchronized原理,包括其作用、使用方式、底层实现及锁升级机制。关注【mikechen的互联网架构】,10年+BAT架构经验倾囊相授。
面试高频:Synchronized 原理,建议收藏备用 !
|
6月前
|
存储 监控 算法
美团面试:说说 G1垃圾回收 底层原理?说说你 JVM 调优的过程 ?
尼恩提示: G1垃圾回收 原理非常重要, 是面试的重点, 大家一定要好好掌握
美团面试:说说 G1垃圾回收 底层原理?说说你 JVM 调优的过程  ?

热门文章

最新文章