死磕java集合之HashSet源码分析-创新互联
问题
(1)集合(Collection)和集合(Set)有什么区别?
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(3)HashSet是否允许null元素?
(4)HashSet是有序的吗?
(5)HashSet是同步的吗?
(6)什么是fail-fast?
简介
集合,这个概念有点模糊。
广义上来讲,java中的集合是指java.util
包下面的容器类,包括和Collection及Map相关的所有类。
中义上来讲,我们一般说集合特指java集合中的Collection相关的类,不包含Map相关的类。
狭义上来讲,数学上的集合是指不包含重复元素的容器,即集合中不存在两个相同的元素,在java里面对应Set。
具体怎么来理解还是要看上下文环境。
比如,面试别人让你说下java中的集合,这时候肯定是广义上的。
再比如,下面我们讲的把另一个集合中的元素全部添加到Set中,这时候就是中义上的。
HashSet是Set的一种实现方式,底层主要使用HashMap来确保元素不重复。
源码分析
属性
// 内部使用HashMap
private transient HashMap map;
// 虚拟对象,用来作为value放到map中
private static final Object PRESENT = new Object();
构造方法
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,主要是给LinkedHashSet使用的
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}
构造方法都是调用HashMap对应的构造方法。
最后一个构造方法有点特殊,它不是public的,意味着它只能被同一个包或者子类调用,这是LinkedHashSet专属的方法。
添加元素
直接调用HashMap的put()方法,把元素本身作为key,把PRESENT作为value,也就是这个map中所有的value都是一样的。
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}
删除元素
直接调用HashMap的remove()方法,注意map的remove返回是删除元素的value,而Set的remov返回的是boolean类型。
这里要检查一下,如果是null的话说明没有该元素,如果不是null肯定等于PRESENT。
public boolean remove(Object o) {
return map.remove(o)==PRESENT;
}
查询元素
Set没有get()方法哦,因为get似乎没有意义,不像List那样可以按index获取元素。
这里只要一个检查元素是否存在的方法contains(),直接调用map的containsKey()方法。
public boolean contains(Object o) {
return map.containsKey(o);
}
遍历元素
直接调用map的keySet的迭代器。
public Iterator iterator() {
return map.keySet().iterator();
}
全部源码
package java.util;
import java.io.InvalidObjectException;
import sun.misc.SharedSecrets;
public class HashSet
extends AbstractSet
implements Set, Cloneable, java.io.Serializable
{
static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;
// 内部元素存储在HashMap中
private transient HashMap map;
// 虚拟元素,用来存到map元素的value中的,没有实际意义
private static final Object PRESENT = new Object();
// 空构造方法
public HashSet() {
map = new HashMap<>();
}
// 把另一个集合的元素全都添加到当前Set中
// 注意,这里初始化map的时候是计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);
}
// 指定初始容量和装载因子
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专用的方法
// dummy是没有实际意义的, 只是为了跟上上面那个操持方法签名不同而已
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}
// 迭代器
public Iterator iterator() {
return map.keySet().iterator();
}
// 元素个数
public int size() {
return map.size();
}
// 检查是否为空
public boolean isEmpty() {
return map.isEmpty();
}
// 检查是否包含某个元素
public boolean contains(Object o) {
return map.containsKey(o);
}
// 添加元素
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}
// 删除元素
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 newSet = (HashSet) super.clone();
newSet.map = (HashMap) map.clone();
return newSet;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new InternalError(e);
}
}
// 序列化写出方法
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws java.io.IOException {
// 写出非static非transient属性
s.defaultWriteObject();
// 写出map的容量和装载因子
s.writeInt(map.capacity());
s.writeFloat(map.loadFactor());
// 写出元素个数
s.writeInt(map.size());
// 遍历写出所有元素
for (E e : map.keySet())
s.writeObject(e);
}
// 序列化读入方法
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
// 读入非static非transient属性
s.defaultReadObject();
// 读入容量, 并检查不能小于0
int capacity = s.readInt();
if (capacity < 0) {
throw new InvalidObjectException("Illegal capacity: " +
capacity);
}
// 读入装载因子, 并检查不能小于等于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);
}
// 读入元素个数并检查不能小于0
int size = s.readInt();
if (size < 0) {
throw new InvalidObjectException("Illegal size: " +
size);
}
// 根据元素个数重新设置容量
// 这是为了保证map有足够的容量容纳所有元素, 防止无意义的扩容
capacity = (int) Math.min(size * Math.min(1 / loadFactor, 4.0f),
HashMap.MAXIMUM_CAPACITY);
// 再次检查某些东西, 不重要的代码忽视掉
SharedSecrets.getJavaOISAccess()
.checkArray(s, Map.Entry[].class, HashMap.tableSizeFor(capacity));
// 创建map, 检查是不是LinkedHashSet类型
map = (((HashSet>)this) instanceof LinkedHashSet ?
new LinkedHashMap(capacity, loadFactor) :
new HashMap(capacity, loadFactor));
// 读入所有元素, 并放入map中
for (int i=0; i spliterator() {
return new HashMap.KeySpliterator(map, 0, -1, 0, 0);
}
}
总结
(1)HashSet内部使用HashMap的key存储元素,以此来保证元素不重复;
(2)HashSet是无序的,因为HashMap的key是无序的;
(3)HashSet中允许有一个null元素,因为HashMap允许key为null;
(4)HashSet是非线程安全的;
(5)HashSet是没有get()方法的;
彩蛋
(1)阿里手册上有说,使用java中的集合时要自己指定集合的大小,通过这篇源码的分析,你知道初始化HashMap的时候初始容量怎么传吗?
我们发现有下面这个构造方法,很清楚明白地告诉了我们怎么指定容量。
假如,我们预估HashMap要存储n个元素,那么,它的容量就应该指定为((n/0.75f) + 1),如果这个值小于16,那就直接使用16得了。
初始化时指定容量是为了减少扩容的次数,提高效率。
public HashSet(Collection extends E> c) {
map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
addAll(c);
}
(2)什么是fail-fast?
fail-fast机制是java集合中的一种错误机制。
当使用迭代器迭代时,如果发现集合有修改,则快速失败做出响应,抛出ConcurrentModificationException异常。
这种修改有可能是其它线程的修改,也有可能是当前线程自己的修改导致的,比如迭代的过程中直接调用remove()删除元素等。
另外,并不是java中所有的集合都有fail-fast的机制。比如,像最终一致性的ConcurrentHashMap、CopyOnWriterArrayList等都是没有fast-fail的。
那么,fail-fast是怎么实现的呢?
细心的同学可能会发现,像ArrayList、HashMap中都有一个属性叫modCount
,每次对集合的修改这个值都会加1,在遍历前记录这个值到expectedModCount
中,遍历中检查两者是否一致,如果出现不一致就说明有修改,则抛出ConcurrentModificationException异常。
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