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JAVA 中的 HashSet 工作原理

news 来源：原创 2025/8/6 23:18:26

‌1. 底层数据结构‌

‌依赖 HashMap 存储元素‌：
HashSet 内部维护了一个 HashMap 实例，元素作为 HashMap 的 ‌Key‌ 存储，而所有的 ‌Value‌ 统一指向一个静态的 PRESENT 对象（占位符）。
```
// HashSet 源码片段
private transient HashMap<E, Object> map;
private static final Object PRESENT = new Object();public HashSet() {map = new HashMap<>(); // 默认构造 HashMap
}
```

‌2. 添加元素（`add(E e)`）‌

‌调用 HashMap.put()‌：
当调用 add(e) 时，实际是向 HashMap 中插入键值对 (e, PRESENT)。
```
public boolean add(E e) {return map.put(e, PRESENT) == null; // 若 Key 不存在，返回 true
}
```
‌唯一性保证‌：
HashMap 的 Key 是唯一的，因此 HashSet 利用这一特性自动去重。若元素已存在，put() 返回旧 Value（即 PRESENT），此时 add() 返回 false。

‌3. 删除元素（`remove(Object o)`）‌

‌调用 HashMap.remove()‌：
删除操作实际是移除 HashMap 中对应的 Key。

public boolean remove(Object o) {return map.remove(o) == PRESENT; // 若 Key 存在，返回 true
}

‌4. 查找元素（`contains(Object o)`）‌

‌调用 HashMap.containsKey()‌：
检查元素是否存在本质是检查 HashMap 的 Key 是否存在。
```
public boolean contains(Object o) {return map.containsKey(o);
}
```

‌5. 哈希冲突处理‌

‌链地址法（链表 + 红黑树）‌：
HashSet 依赖 HashMap 的哈希冲突解决机制。当多个元素的哈希值映射到同一桶（Bucket）时：
1. ‌链表‌：JDK 8 之前，冲突元素以链表形式存储。
2. ‌红黑树‌：JDK 8 及以后，当链表长度超过阈值（默认 8），链表转换为红黑树，以提高查找效率；当节点数小于 6，红黑树退化为链表。

‌6. 扩容机制‌

‌动态扩容‌：
HashMap 默认初始容量为 ‌16‌，负载因子为 ‌0.75‌。当元素数量超过 容量 × 负载因子 时，触发扩容（容量翻倍为 2n），并重新哈希所有元素到新桶中。
```
// 触发扩容的阈值计算
threshold = capacity * loadFactor;
```

‌7. 遍历元素（迭代器）‌

‌遍历 HashMap 的 KeySet‌：
HashSet 的迭代器本质是遍历 HashMap 的 Key 集合。
```
public Iterator<E> iterator() {return map.keySet().iterator();
}
```

‌8. 关键特性‌

‌无序性‌：元素的存储顺序由哈希值决定，不保证插入顺序或自然顺序。
‌线程不安全‌：HashSet 非线程安全，多线程环境下需使用 ConcurrentHashMap 或同步包装类。
‌允许 null 元素‌：但最多只能有一个 null（因 Key 唯一）。

‌9. 性能分析‌

‌时间复杂度‌（平均情况）：
操作时间复杂度
添加 O(1)
删除 O(1)
查找 O(1)
‌最坏情况‌：哈希冲突严重时，时间复杂度退化为 O(n)（链表）或 O(log n)（红黑树）。

操作	时间复杂度
添加	O(1)
删除	O(1)
查找	O(1)

‌10. 示例代码‌

HashSet<String> set = new HashSet<>();
set.add("Apple");
set.add("Banana");
set.add("Apple"); // 重复元素，添加失败System.out.println(set); // 输出 [Apple, Banana]
System.out.println(set.contains("Banana")); // 输出 true

‌总结‌

HashSet 的核心实现依赖于 HashMap 的 Key 唯一性和哈希表的高效性：

‌唯一性‌：通过 HashMap 的 Key 唯一性保证元素不重复。
‌哈希算法‌：快速定位元素存储位置。
‌冲突处理‌：链表和红黑树结合优化性能。
‌动态扩容‌：平衡空间与时间效率。

JAVA 中的 HashSet 工作原理

‌1. 底层数据结构‌ ‌依赖 HashMap 存储元素‌： HashSet 内部维护了一个 HashMap 实例，元素作为 HashMap 的 ‌Key‌ 存储，而所有的 ‌Value‌ 统一指向一个静态的 PRESENT 对象（占位符）。 // HashSet 源码片段 pri…...

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