hashset源码如何保证不重复

HashSet源码通过哈希表（HashMap）的结构、哈希函数、equals方法来保证元素不重复。 在详细解释之前，我们需要明确一点：HashSet 本质上是基于 HashMap 来实现的。HashSet 使用 HashMap 的键（key）来存储集合中的元素，而所有的值（value）都是一个固定的常量对象。

一、哈希表（HashMap）的结构

HashSet 之所以能保证元素不重复，首先得益于其底层的哈希表结构。哈希表是一种通过哈希函数将键值对映射到数组中的数据结构。每一个键都经过哈希函数计算得到一个哈希码，并通过这个哈希码找到存储位置。哈希表的主要特点是可以在常数时间内完成插入、删除和查找操作。

哈希表通过链表和红黑树两种方式解决哈希冲突。当哈希冲突发生时，多个不同的键会被映射到同一个位置。此时，哈希表会将这些冲突的键存储在一个链表或红黑树中。通过这种方式，哈希表不仅能够快速查找到元素，还能处理冲突。

二、哈希函数

哈希函数在 HashSet 中起到非常关键的作用。哈希函数负责将对象的属性值映射到一个固定长度的哈希码。理想情况下，不同的对象应该映射到不同的哈希码上。但在实际应用中，哈希冲突是不可避免的，因此一个好的哈希函数需要尽量减少冲突。

Java 中的 HashSet 使用的哈希函数是对象的 hashCode() 方法。hashCode() 是 Object 类中的一个方法，任何类都可以重写这个方法来提供自己的哈希码计算方式。一般来说，hashCode() 方法会根据对象的属性值来计算哈希码，这样即使两个对象的属性值相同，它们的哈希码也会相同。

三、equals方法

除了哈希函数外，HashSet 还依赖于 equals() 方法来保证元素不重复。equals() 方法同样是 Object 类中的一个方法，用于比较两个对象是否相等。HashSet 在插入元素时，会先计算元素的哈希码，然后在对应的哈希桶中查找是否存在相同哈希码的元素。如果找到了相同哈希码的元素，HashSet 会使用 equals() 方法进一步比较这些元素是否真的相等。

如果两个对象的 hashCode() 相同且 equals() 返回 true，则 HashSet 会认为这两个对象是相同的，不会插入新的元素。相反，如果 equals() 返回 false，即使 hashCode() 相同，HashSet 仍然会将它们视为不同的对象并允许插入。

四、HashSet如何处理重复元素

为了更好地理解 HashSet 如何处理重复元素，我们来看一下 HashSet 的源码实现。

public boolean add(E e) {

    return map.put(e, PRESENT)==null;
}

在这段代码中，map 是 HashSet 底层使用的 HashMap 对象，PRESENT 是一个固定的常量对象。put() 方法会返回之前存在的值，如果返回 null，说明插入成功，否则说明元素已经存在。

当我们调用 add() 方法时，HashSet 会将元素作为键插入到 HashMap 中。如果该键已经存在，put() 方法会返回之前的值，add() 方法会返回 false，表示插入失败，从而保证了元素不重复。

五、性能优化

为了进一步提升性能，HashSet 在处理哈希冲突时还会将链表转换为红黑树。当链表长度超过一定阈值（默认为 8）时，HashSet 会将链表转换为红黑树，从而提高查找和插入效率。红黑树是一种自平衡二叉搜索树，能够在 O(log n) 的时间复杂度内完成查找和插入操作。

六、实际应用中的注意事项

虽然 HashSet 提供了很好的性能和保证不重复的机制，但在实际应用中仍然需要注意以下几点：

1. 重写 hashCode() 和 equals() 方法：当我们自定义类作为 HashSet 的元素时，一定要重写 hashCode() 和 equals() 方法，否则默认的实现可能会导致哈希冲突和不正确的相等比较，从而导致重复元素的插入。

2. 选择合适的初始容量：如果可以预估集合的大小，最好在创建 HashSet 时指定一个合适的初始容量。这样可以减少哈希表的扩容次数，从而提升性能。

3. 避免频繁删除元素：频繁删除元素会导致哈希表的负载因子降低，从而影响性能。如果需要频繁删除元素，可以考虑使用其他数据结构，如 LinkedHashSet 或 TreeSet。

七、总结

通过以上内容，我们可以看到 HashSet 通过哈希表结构、哈希函数和 equals() 方法来保证元素不重复。哈希表提供了高效的查找和插入操作，哈希函数将对象映射到哈希码，equals() 方法进一步比较对象是否相等，从而确保不重复。HashSet 的实现既保证了性能，又提供了良好的重复检测机制，是一种非常实用的集合类型。

相关问答FAQs：

1. 为什么使用HashSet可以保证元素不重复？
HashSet是基于哈希表实现的数据结构，在添加元素时会通过元素的hashCode()方法生成哈希值，并根据哈希值将元素存储在哈希表中的特定位置。当添加新元素时，HashSet会先通过hashCode()方法判断新元素的哈希值是否已存在于哈希表中，如果存在，则通过equals()方法比较新元素与已存在元素是否相等，若相等则判定为重复元素并拒绝添加。这样就保证了HashSet中不会存在重复元素。

2. 如何确保自定义对象在HashSet中不重复？
为了确保自定义对象在HashSet中不重复，需要重写自定义对象的hashCode()和equals()方法。在hashCode()方法中，根据对象的特定属性计算哈希值；在equals()方法中，根据对象的特定属性比较两个对象是否相等。这样可以保证当两个自定义对象的哈希值相等且属性相等时，HashSet会认为它们是重复元素而拒绝添加。

3. 如果HashSet中有重复元素，如何删除重复元素？
要删除HashSet中的重复元素，可以使用Java 8中引入的stream()方法结合distinct()方法实现。通过调用stream()方法将HashSet转换为流，再调用distinct()方法去除重复元素，并将结果重新转换为HashSet。例如：

HashSet<Integer> set = new HashSet<>();
// 添加重复元素
set.add(1);
set.add(2);
set.add(3);
set.add(1);

// 使用stream()和distinct()方法删除重复元素
set = set.stream().distinct().collect(Collectors.toCollection(HashSet::new));

通过以上方式，就能够快速删除HashSet中的重复元素。