HashSet

原创已于 2024-11-22 09:04:31 修改 · 1.2k 阅读

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于 2024-11-09 14:56:57 首次发布

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一.HashSet的实现原理

HashSet 是基于 HashMap 实现的，HashSet的值存放于HashMap的key上，HashMap的value统一为present，因此 HashSet 的实现比较简单，相关 HashSet 的操作，基本上都是直接调用底层HashMap 的相关方法来完成，HashSet 不允许重复的值。

1.添加元素

HashSet 的add()方法用于向集合中添加元素。这个方法内部调用HashMap的put()方法，将元素作为键插入到 HashMap 中。

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

2.删除元素

HashSet 的remove()方法用于从集合中删除指定的元素。这个方法内部调用 HashMap的 remove()方法，将对应的键（即元素）从 HashMap中移除。

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

3.判断元素是否存在

HashSet 的contains()方法用于判断集合中是否包含指定的元素。这个方法内部调用 HashMap的containsKey()方法，判断 HashMap中是否存在该键（即元素）。

public boolean contains(Object o) {
    return map.containsKey(o);
}

4.迭代器

返回对此 set 中元素进行迭代的迭代器。返回元素的顺序并不是特定的。

public Iterator<E> iterator() {
    return map.keySet().iterator();
}

5.性能

HashSet 的添加、删除和查找操作的性能通常都是常数时间的（O(1)），这得益于 HashMap的性能。

6.并发性

HashSet不是线程安全的。如果你需要线程安全的集合，可以使用Collections.synchronizedSet(new HashSet<>(...))或者ConcurrentHashMap的键集。

7.序列化

HashSet 实现了 Serializable 接口，这意味着它可以被序列化和反序列化。

二.HashSet的线程安全性

HashSet 是非线程安全的。这意味着多个线程同时修改 HashSet可能会导致不可预知的行为。如果多个线程需要访问和修改同一个 HashSet实例，必须通过外部同步来确保线程安全。

如果你需要线程安全的Set集合，可以考虑以下替代方案：

（1）Collections.synchronizedSet：通过这个静态方法包装一个 HashSet，可以提供简单的线程安全。但是，这种方法的并发性能较低，因为每次访问都需要获取锁。

（2）ConcurrentHashMap 的 keySet 方法：ConcurrentHashMap 提供了 keySet 方法，它返回一个线程安全的 Set 视图。这个 Set 支持更高效的并发访问。

（3）CopyOnWriteArraySet：这是一个线程安全的 Set 实现，它在每次修改（添加或删除元素）时都会复制整个底层数组。这种方法适用于读多写少的场景。

        // 使用 Collections.synchronizedSet 包装 HashSet
        Set<String> syncSet = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
        syncSet.add("Element1");
        syncSet.add("Element2");

        // 使用 CopyOnWriteArraySet
        Set<String> copyOnWriteSet = new CopyOnWriteArraySet<>();
        copyOnWriteSet.add("Element1");
        copyOnWriteSet.add("Element2");

        // 迭代两个线程安全的 Set
        System.out.println("Synchronized Set: " + syncSet);
        System.out.println("CopyOnWriteArraySet: " + copyOnWriteSet);

三.HashSet的有序性

HashSet 不保证元素的顺序。它基于 HashMap实现，而 HashMap不保证键的顺序。因此，每次迭代 HashSet 时元素的顺序可能不同。

如果你需要一个有序的Set集合，你可以考虑以下几种方法：

（1）TreeSet： TreeSet 是一个有序的 Set集合，它基于红黑树实现。TreeSet可以确保元素处于排序状态，无论是按照自然顺序还是根据提供的 Comparator。

（2）LinkedHashSet： LinkedHashSet维护了元素的插入顺序，或者在构造时指定的最近期访问顺序。它内部使用 LinkedList 来维护元素的顺序，同时使用 HashMap 来保证元素的唯一性。

（3）使用 HashSet 与额外的数据结构：如果你需要保留 HashSet 的所有特性，并且只需要偶尔的顺序访问，你可以在需要的时候将 HashSet 元素添加到一个 TreeSet或 LinkedHashSet 中，进行排序操作。

        Set<Integer> hashSet = new HashSet<>();
        hashSet.add(4);
        hashSet.add(1);
        hashSet.add(3);
        hashSet.add(2);

        // 仅在需要有序时进行排序
        Set<Integer> sortedSet = new TreeSet<>(hashSet);
        for (Integer number : sortedSet) {
            System.out.println(number);
        }
        LinkedHashSet<Integer> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>(hashSet);
        for (Integer number : linkedHashSet) {
            System.out.println(number);
        }