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今天我們來探索一下HashSet，TreeSet與LinkedHashSet的基本原理與源碼實現(xiàn)，由于這三個set都是基于之前文章的三個map進(jìn)行實現(xiàn)的，所以推薦大家先看一下前面有關(guān)map的文章，結(jié)合使用味道更佳。

本文參考
http://cmsblogs.com/?p=599

HashSet

定義

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

HashSet繼承AbstractSet類，實現(xiàn)Set、Cloneable、Serializable接口。其中AbstractSet提供 Set 接口的骨干實現(xiàn)，從而最大限度地減少了實現(xiàn)此接口所需的工作。
==Set接口是一種不包括重復(fù)元素的Collection，它維持它自己的內(nèi)部排序，所以隨機訪問沒有任何意義。==

本文基于1.8jdk進(jìn)行源碼分析。

基本屬性

基于HashMap實現(xiàn)，底層使用HashMap保存所有元素

private transient HashMap<E,Object> map;
//定義一個Object對象作為HashMap的value
private static final Object PRESENT = new Object();

構(gòu)造函數(shù)

/**
     * 默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)
     * 初始化一個空的HashMap，并使用默認(rèn)初始容量為16和加載因子0.75。
     */
    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }
    /**
     * 構(gòu)造一個包含指定 collection 中的元素的新 set。
     */
    public HashSet(Collection<? extends E> c) {
        map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
        addAll(c);
    }
    /**
     * 構(gòu)造一個新的空 set，其底層 HashMap 實例具有指定的初始容量和指定的加載因子
     */
    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }
    /**
     * 構(gòu)造一個新的空 set，其底層 HashMap 實例具有指定的初始容量和默認(rèn)的加載因子（0.75）。
     */
    public HashSet(int initialCapacity) {
       map = new HashMap<>(initialCapacity);
    }
    /**
     * 在API中我沒有看到這個構(gòu)造函數(shù)，今天看源碼才發(fā)現(xiàn)（原來訪問權(quán)限為包權(quán)限，不對外公開的）
     * 以指定的initialCapacity和loadFactor構(gòu)造一個新的空鏈接哈希集合。
     * dummy 為標(biāo)識 該構(gòu)造函數(shù)主要作用是對LinkedHashSet起到一個支持作用
     */
    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
       map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }
 從構(gòu)造函數(shù)中可以看出HashSet所有的構(gòu)造都是構(gòu)造出一個新的HashMap，其中最后一個構(gòu)造函數(shù)，為包訪問權(quán)限是不對外公開，僅僅只在使用LinkedHashSet時才會發(fā)生作用。

方法

既然HashSet是基于HashMap，那么對于HashSet而言，其方法的實現(xiàn)過程是非常簡單的。

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

iterator()方法返回對此 set 中元素進(jìn)行迭代的迭代器。返回元素的順序并不是特定的。

底層調(diào)用HashMap的keySet返回所有的key，這點反應(yīng)了HashSet中的所有元素都是保存在HashMap的key中，value則是使用的PRESENT對象，該對象為static final。

public int size() {
        return map.size();
    }
   size()返回此 set 中的元素的數(shù)量（set 的容量）。底層調(diào)用HashMap的size方法，返回HashMap容器的大小。

public boolean isEmpty() {
        return map.isEmpty();
    }
    isEmpty()，判斷HashSet()集合是否為空，為空返回 true，否則返回false。
public boolean contains(Object o) {
        return map.containsKey(o);
}
public boolean containsKey(Object key) {
    return getNode(hash(key), key) != null;
}
//最終調(diào)用該方法進(jìn)行節(jié)點查找
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
    //先檢查桶的頭結(jié)點是否存在
    if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
        (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
        if (first.hash == hash && // always check first node
            ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            return first;
            //不是頭結(jié)點，則遍歷鏈表，如果是樹節(jié)點則使用樹節(jié)點的方法遍歷，直到找到，或者為null
        if ((e = first.next) != null) {
            if (first instanceof TreeNode)
                return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
            do {
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return e;
            } while ((e = e.next) != null);
        }
    }
    return null;
}

contains()，判斷某個元素是否存在于HashSet()中，存在返回true，否則返回false。更加確切的講應(yīng)該是要滿足這種關(guān)系才能返回true：(o==null ? e==null : o.equals(e))。底層調(diào)用containsKey判斷HashMap的key值是否為空。

public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
}
public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
map的put方法：
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    //確認(rèn)初始化
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    //如果桶為空，直接插入新元素，也就是entry
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        //如果沖突，分為三種情況
        //key相等時讓舊entry等于新entry即可
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        //紅黑樹情況
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            //如果key不相等，則連成鏈表
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

這里注意一點，hashset只是不允許重復(fù)的元素加入，而不是不允許元素連成鏈表，因為只要key的equals方法判斷為true時它們是相等的，此時會發(fā)生value的替換，因為所有entry的value一樣，所以和沒有插入時一樣的。

而當(dāng)兩個hashcode相同但key不相等的entry插入時，仍然會連成一個鏈表，長度超過8時依然會和hashmap一樣擴(kuò)展成紅黑樹，看完源碼之后筆者才明白自己之前理解錯了。所以看源碼還是蠻有好處的。hashset基本上就是使用hashmap的方法再次實現(xiàn)了一遍而已，只不過value全都是同一個object，讓你以為相同元素沒有插入，事實上只是value替換成和原來相同的值而已。

當(dāng)add方法發(fā)生沖突時，如果key相同，則替換value，如果key不同，則連成鏈表。

add()如果此 set 中尚未包含指定元素，則添加指定元素。如果此Set沒有包含滿足(e==null ? e2==null : e.equals(e2)) 的e2時，則將e2添加到Set中，否則不添加且返回false。

由于底層使用HashMap的put方法將key = e，value=PRESENT構(gòu)建成key-value鍵值對，當(dāng)此e存在于HashMap的key中，則value將會覆蓋原有value，但是key保持不變，所以如果將一個已經(jīng)存在的e元素添加中HashSet中，新添加的元素是不會保存到HashMap中，所以這就滿足了HashSet中元素不會重復(fù)的特性。

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

remove如果指定元素存在于此 set 中，則將其移除。底層使用HashMap的remove方法刪除指定的Entry。

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

clear從此 set 中移除所有元素。底層調(diào)用HashMap的clear方法清除所有的Entry。

public Object clone() {
        try {
            HashSet<E> newSet = (HashSet<E>) super.clone();
            newSet.map = (HashMap<E, Object>) map.clone();
            return newSet;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new InternalError();
        }
    }

clone返回此 HashSet 實例的淺表副本：并沒有復(fù)制這些元素本身。

后記：

由于HashSet底層使用了HashMap實現(xiàn)，使其的實現(xiàn)過程變得非常簡單，如果你對HashMap比較了解，那么HashSet簡直是小菜一碟。有兩個方法對HashMap和HashSet而言是非常重要的，下篇將詳細(xì)講解hashcode和equals。

TreeSet

與HashSet是基于HashMap實現(xiàn)一樣，TreeSet同樣是基于TreeMap實現(xiàn)的。在《Java提高篇（二七）——-TreeMap》中LZ詳細(xì)講解了TreeMap實現(xiàn)機制，如果客官詳情看了這篇博文或者多TreeMap有比較詳細(xì)的了解，那么TreeSet的實現(xiàn)對您是喝口水那么簡單。

TreeSet定義

我們知道TreeMap是一個有序的二叉樹，那么同理TreeSet同樣也是一個有序的，它的作用是提供有序的Set集合。通過源碼我們知道TreeSet基礎(chǔ)AbstractSet，實現(xiàn)NavigableSet、Cloneable、Serializable接口。

其中AbstractSet提供 Set 接口的骨干實現(xiàn)，從而最大限度地減少了實現(xiàn)此接口所需的工作。

NavigableSet是擴(kuò)展的 SortedSet，具有了為給定搜索目標(biāo)報告最接近匹配項的導(dǎo)航方法，這就意味著它支持一系列的導(dǎo)航方法。比如查找與指定目標(biāo)最匹配項。Cloneable支持克隆，Serializable支持序列化。

public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
    implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable

同時在TreeSet中定義了如下幾個變量。

private transient NavigableMap<E,Object> m;
//PRESENT會被當(dāng)做Map的value與key構(gòu)建成鍵值對
 private static final Object PRESENT = new Object();

其構(gòu)造方法：

//默認(rèn)構(gòu)造方法，根據(jù)其元素的自然順序進(jìn)行排序
public TreeSet() {
    this(new TreeMap<E,Object>());
}
//構(gòu)造一個包含指定 collection 元素的新 TreeSet，它按照其元素的自然順序進(jìn)行排序。
public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
        this(new TreeMap<>(comparator));
}
//構(gòu)造一個新的空 TreeSet，它根據(jù)指定比較器進(jìn)行排序。
public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
    this();
    addAll(c);
}
//構(gòu)造一個與指定有序 set 具有相同映射關(guān)系和相同排序的新 TreeSet。
public TreeSet(SortedSet<E> s) {
    this(s.comparator());
    addAll(s);
}
TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
    this.m = m;
}

TreeSet主要方法

1、add：將指定的元素添加到此 set（如果該元素尚未存在于 set 中）。

public boolean add(E e) {
        return m.put(e, PRESENT)==null;
    }
public V put(K key, V value) {
    Entry<K,V> t = root;
    if (t == null) {
    //空樹時，判斷節(jié)點是否為空
        compare(key, key); // type (and possibly null) check
        root = new Entry<>(key, value, null);
        size = 1;
        modCount++;
        return null;
    }
    int cmp;
    Entry<K,V> parent;
    // split comparator and comparable paths
    Comparator<? super K> cpr = comparator;
    //非空樹，根據(jù)傳入比較器進(jìn)行節(jié)點的插入位置查找
    if (cpr != null) {
        do {
            parent = t;
            //節(jié)點比根節(jié)點小，則找左子樹，否則找右子樹
            cmp = cpr.compare(key, t.key);
            if (cmp < 0)
                t = t.left;
            else if (cmp > 0)
                t = t.right;
                //如果key的比較返回值相等，直接更新值（一般compareto相等時equals方法也相等）
            else
                return t.setValue(value);
        } while (t != null);
    }
    else {
    //如果沒有傳入比較器，則按照自然排序
        if (key == null)
            throw new NullPointerException();
        @SuppressWarnings("unchecked")
            Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
        do {
            parent = t;
            cmp = k.compareTo(t.key);
            if (cmp < 0)
                t = t.left;
            else if (cmp > 0)
                t = t.right;
            else
                return t.setValue(value);
        } while (t != null);
    }
    //查找的節(jié)點為空，直接插入，默認(rèn)為紅節(jié)點
    Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
    if (cmp < 0)
        parent.left = e;
    else
        parent.right = e;
        //插入后進(jìn)行紅黑樹調(diào)整
    fixAfterInsertion(e);
    size++;
    modCount++;
    return null;
}    

2、get：獲取元素

public V get(Object key) {
    Entry<K,V> p = getEntry(key);
    return (p==null ? null : p.value);
}

該方法與put的流程類似，只不過是把插入換成了查找

3、ceiling：返回此 set 中大于等于給定元素的最小元素；如果不存在這樣的元素，則返回 null。

public E ceiling(E e) {
        return m.ceilingKey(e);
    }

4、clear：移除此 set 中的所有元素。

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

5、clone：返回 TreeSet 實例的淺表副本。屬于淺拷貝。

public Object clone() {
        TreeSet<E> clone = null;
        try {
            clone = (TreeSet<E>) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new InternalError();
        }
        clone.m = new TreeMap<>(m);
        return clone;
    }

6、comparator：返回對此 set 中的元素進(jìn)行排序的比較器；如果此 set 使用其元素的自然順序，則返回 null。

public Comparator<? super E> comparator() {
        return m.comparator();
    }

7、contains：如果此 set 包含指定的元素，則返回 true。

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

8、descendingIterator：返回在此 set 元素上按降序進(jìn)行迭代的迭代器。

public Iterator<E> descendingIterator() {
        return m.descendingKeySet().iterator();
    }

9、descendingSet：返回此 set 中所包含元素的逆序視圖。

public NavigableSet<E> descendingSet() {
        return new TreeSet<>(m.descendingMap());
    }

10、first：返回此 set 中當(dāng)前第一個（最低）元素。

public E first() {
        return m.firstKey();
    }

11、floor：返回此 set 中小于等于給定元素的最大元素；如果不存在這樣的元素，則返回 null。

public E floor(E e) {
        return m.floorKey(e);
    }

12、headSet：返回此 set 的部分視圖，其元素嚴(yán)格小于 toElement。

public SortedSet<E> headSet(E toElement) {
        return headSet(toElement, false);
    }

13、higher：返回此 set 中嚴(yán)格大于給定元素的最小元素；如果不存在這樣的元素，則返回 null。

public E higher(E e) {
        return m.higherKey(e);
    }

14、isEmpty：如果此 set 不包含任何元素，則返回 true。

public boolean isEmpty() {
        return m.isEmpty();
    }

15、iterator：返回在此 set 中的元素上按升序進(jìn)行迭代的迭代器。

public Iterator<E> iterator() {
        return m.navigableKeySet().iterator();
    }

16、last：返回此 set 中當(dāng)前最后一個（最高）元素。

public E last() {
        return m.lastKey();
    }

17、lower：返回此 set 中嚴(yán)格小于給定元素的最大元素；如果不存在這樣的元素，則返回 null。

public E lower(E e) {
        return m.lowerKey(e);
    }

18、pollFirst：獲取并移除第一個（最低）元素；如果此 set 為空，則返回 null。

public E pollFirst() {
        Map.Entry<E,?> e = m.pollFirstEntry();
        return (e == null) ? null : e.getKey();
    }

19、pollLast：獲取并移除最后一個（最高）元素；如果此 set 為空，則返回 null。

public E pollLast() {
        Map.Entry<E,?> e = m.pollLastEntry();
        return (e == null) ? null : e.getKey();
    }

20、remove：將指定的元素從 set 中移除（如果該元素存在于此 set 中）。

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

該方法與put類似，只不過把插入換成了刪除，并且要進(jìn)行刪除后調(diào)整

21、size：返回 set 中的元素數(shù)（set 的容量）。

public int size() {
        return m.size();
    }

22、subSet：返回此 set 的部分視圖

/**
     * 返回此 set 的部分視圖，其元素范圍從 fromElement 到 toElement。
     */
     public NavigableSet<E> subSet(E fromElement, boolean fromInclusive,
             E toElement,   boolean toInclusive) {
             return new TreeSet<>(m.subMap(fromElement, fromInclusive,
                  toElement,   toInclusive));
     }
     /**
      * 返回此 set 的部分視圖，其元素從 fromElement（包括）到 toElement（不包括）。
      */
     public SortedSet<E> subSet(E fromElement, E toElement) {
         return subSet(fromElement, true, toElement, false);
     }

23、tailSet：返回此 set 的部分視圖

/**
     * 返回此 set 的部分視圖，其元素大于（或等于，如果 inclusive 為 true）fromElement。
     */
    public NavigableSet<E> tailSet(E fromElement, boolean inclusive) {
        return new TreeSet<>(m.tailMap(fromElement, inclusive));
    }
    /**
     * 返回此 set 的部分視圖，其元素大于等于 fromElement。
     */
    public SortedSet<E> tailSet(E fromElement) {
        return tailSet(fromElement, true);
    }

最后

由于TreeSet是基于TreeMap實現(xiàn)的，所以如果我們對treeMap有了一定的了解，對TreeSet那是小菜一碟，我們從TreeSet中的源碼可以看出，其實現(xiàn)過程非常簡單，幾乎所有的方法實現(xiàn)全部都是基于TreeMap的。

LinkedHashSet

LinkedHashSet內(nèi)部是如何工作的

LinkedHashSet是HashSet的一個“擴(kuò)展版本”，HashSet并不管什么順序，不同的是LinkedHashSet會維護(hù)“插入順序”。HashSet內(nèi)部使用HashMap對象來存儲它的元素，而LinkedHashSet內(nèi)部使用LinkedHashMap對象來存儲和處理它的元素。這篇文章，我們將會看到LinkedHashSet內(nèi)部是如何運作的及如何維護(hù)插入順序的。

我們首先著眼LinkedHashSet的構(gòu)造函數(shù)。在LinkedHashSet類中一共有4個構(gòu)造函數(shù)。這些構(gòu)造函數(shù)都只是簡單地調(diào)用父類構(gòu)造函數(shù)（如HashSet類的構(gòu)造函數(shù)）。
下面看看LinkedHashSet的構(gòu)造函數(shù)是如何定義的。

//Constructor - 1
public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor)
{
      super(initialCapacity, loadFactor, true);              //Calling super class constructor
}
//Constructor - 2
public LinkedHashSet(int initialCapacity)
{
        super(initialCapacity, .75f, true);             //Calling super class constructor
}
//Constructor - 3
public LinkedHashSet()
{
        super(16, .75f, true);                //Calling super class constructor
}
//Constructor - 4
public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c)
{
        super(Math.max(2*c.size(), 11), .75f, true);          //Calling super class constructor
        addAll(c);
}

在上面的代碼片段中，你可能注意到4個構(gòu)造函數(shù)調(diào)用的是同一個父類的構(gòu)造函數(shù)。這個構(gòu)造函數(shù)（父類的，譯者注）是一個包內(nèi)私有構(gòu)造函數(shù)（見下面的代碼，HashSet的構(gòu)造函數(shù)沒有使用public公開，譯者注），它只能被LinkedHashSet使用。

這個構(gòu)造函數(shù)需要初始容量，負(fù)載因子和一個boolean類型的啞值（沒有什么用處的參數(shù)，作為標(biāo)記，譯者注）等參數(shù)。這個啞參數(shù)只是用來區(qū)別這個構(gòu)造函數(shù)與HashSet的其他擁有初始容量和負(fù)載因子參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，下面是這個構(gòu)造函數(shù)的定義，

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

顯然，這個構(gòu)造函數(shù)內(nèi)部初始化了一個LinkedHashMap對象，這個對象恰好被LinkedHashSet用來存儲它的元素。

LinkedHashSet并沒有自己的方法，所有的方法都繼承自它的父類HashSet，因此，對LinkedHashSet的所有操作方式就好像對HashSet操作一樣。

唯一的不同是內(nèi)部使用不同的對象去存儲元素。在HashSet中，插入的元素是被當(dāng)做HashMap的鍵來保存的，而在LinkedHashSet中被看作是LinkedHashMap的鍵。

這些鍵對應(yīng)的值都是常量PRESENT（PRESENT是HashSet的靜態(tài)成員變量，譯者注）。

LinkedHashSet是如何維護(hù)插入順序的

LinkedHashSet使用LinkedHashMap對象來存儲它的元素，插入到LinkedHashSet中的元素實際上是被當(dāng)作LinkedHashMap的鍵保存起來的。

LinkedHashMap的每一個鍵值對都是通過內(nèi)部的靜態(tài)類Entry 實例化的。這個 Entry 類繼承了HashMap.Entry類。

這個靜態(tài)類增加了兩個成員變量，before和after來維護(hù)LinkedHasMap元素的插入順序。這兩個成員變量分別指向前一個和后一個元素，這讓LinkedHashMap也有類似雙向鏈表的表現(xiàn)。

private static class Entry<K,V> extends HashMap.Entry<K,V>
{
        // These fields comprise the doubly linked list used for iteration.
        Entry<K,V> before, after;
        Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry<K,V> next) {
            super(hash, key, value, next);
        }
}

從上面代碼看到的LinkedHashMap內(nèi)部類的前面兩個成員變量——before和after負(fù)責(zé)維護(hù)LinkedHashSet的插入順序。LinkedHashMap定義的成員變量header保存的是
這個雙向鏈表的頭節(jié)點。header的定義就像下面這樣，

接下來看一個例子就知道LinkedHashSet內(nèi)部是如何工作的了。

public class LinkedHashSetExample
{
    public static void main(String[] args)
    {
        //Creating LinkedHashSet
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<String>();
        //Adding elements to LinkedHashSet
        set.add("BLUE");
        set.add("RED");
        set.add("GREEN");    
        set.add("BLACK");
    }
}

如果你知道LinkedHashMap內(nèi)部是如何工作的，就非常容易明白LinkedHashSet內(nèi)部是如何工作的?？匆槐長inkedHashSet和LinkedHashMap的源碼，
你就能夠準(zhǔn)確地理解在Java中LinkedHashSet內(nèi)部是如何工作的。

參考文章

http://cmsblogs.com/?p=599

https://www.cnblogs.com/one-apple-pie/p/11036309.html

https://blog.csdn.net/learningcoding/article/details/79983248