HashSet底层原理

以下是 HashSet 的底层原理的详细解析，结合数据结构、哈希冲突处理、扩容机制及线程安全性等核心要点：

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一、底层实现：基于 HashMap 的包装类

HashSet 的底层通过 HashMap 实现，所有元素均存储为 HashMap 的键（Key），而值（Value）统一使用一个静态常量 PRESENT（private static final Object PRESENT = new Object()）占位。这种设计使得 HashSet 的元素唯一性完全依赖 HashMap 的键不可重复特性。

数据结构示意图：

HashSet 实例
└── 内部 HashMap
    ├── 数组 (Buckets)
    │   ├── 索引0 → 链表/红黑树节点（元素1 → 元素2 → ...）
    │   ├── 索引1 → null
    │   ├── 索引2 → 红黑树根节点（元素3 → ...）
    │   └── ... 
    └── 负载因子（默认 0.75）、容量（默认 16）

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二、核心操作流程

1. 添加元素（add(e)）

• 哈希值计算：调用元素的 hashCode() 方法生成哈希码，再通过哈希函数 (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16) 计算最终哈希值。
• 确定桶位置：哈希值对数组长度取模（(n-1) & hash），确定元素应存放的桶索引。
• 冲突处理：
• 桶为空：直接插入新节点。
• 桶为链表：遍历链表，通过 equals() 判断是否重复。若无重复，插入链表尾部；若链表长度≥8且数组长度≥64，链表转为红黑树。
• 桶为红黑树：调用红黑树插入逻辑，确保元素唯一性。

2. 删除元素（remove(o)）

• 通过哈希值定位桶，遍历链表或红黑树找到目标节点，调整指针移除节点。若红黑树节点数≤6，退化为链表。

3. 查询元素（contains(o)）

• 哈希值定位桶后，遍历链表或红黑树，通过 equals() 判断是否存在目标元素。

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三、构造方法与扩容机制

1. 构造方法

• 默认构造器：初始化容量为 16，负载因子 0.75。
• 指定容量/负载因子：直接传递参数至内部 HashMap。
• 基于集合构造：初始容量为 Math.max(集合大小 / 0.75 + 1, 16)，避免频繁扩容。

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