【数据结构】HashSet的底层数据结构

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c语言
数据结构
javaEE
操作系统
Redis

石可破也，而不可夺坚；丹可磨也，而不可夺赤。

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• Set 系列集合
• • 无序：存取顺序不一致
• • 不重复：可以去除重复
• • 无索引：没有带索引的方法，所以不能使用普通fo循环遍历，也不能通过索引来获取元素

一、 HashSet 集合的底层数据结构

• HashSet ：无序、不重复、无索引
• HashSet 底层是采用哈希表存储数据的，哈希表是一种对于增删改查数据性能都较好的结构
• 哈希表在JDK8之前是由数组+链表组成的，在JDK8之后是由数组+链表+红黑树组成的
• 在哈希表中，最重要的是哈希值，哈希值就是对象的整数表现形式，HashSet 在存数据的时候，会根据数组长度和哈希值计算出要存入的位置，哈希值是根据hashCode()方法计算出来的int型的整数，hashCode()方法定义在Object类中，所有对象都可以调用，默认使用地址值进行计算，一般情况下，自定义的对象都要重写hashCode()方法，利用对象内部的属性值计算哈希值。

int index = (数组长度 - 1) & 哈希值;
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• 对象的哈希值特点：
• • 如果没有重写hashCode()方法，同一个类创建的不同对象计算出的哈希值是不同的

public class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    /**
     * 获取
     * @return name
     */
    public String getName() {
        return name;
    }

    /**
     * 设置
     * @param name
     */
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    /**
     * 获取
     * @return age
     */
    public int getAge() {
        return age;
    }

    /**
     * 设置
     * @param age
     */
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String toString() {
        return "Student{name = " + name + ", age = " + age + "}";
    }
}
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public static void main(String[] args) {
        //创建对象
        //没有重写hashCode方法，计算出的哈希值是不同的
        Student s1 = new Student();
        Student s2 = new Student();
        System.out.println(s1.hashCode());//460141958
        System.out.println(s2.hashCode());//1163157884
    }
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• 如果已经重写hashcode方法，不同的对象只要属性值相同，计算出的哈希值就是一样的

public class Student {
    private String name;
    private int age;

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Student student = (Student) o;
        return age == student.age && Objects.equals(name, student.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    /**
     * 获取
     * @return name
     */
    public String getName() {
        return name;
    }

    /**
     * 设置
     * @param name
     */
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    /**
     * 获取
     * @return age
     */
    public int getAge() {
        return age;
    }

    /**
     * 设置
     * @param age
     */
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String toString() {
        return "Student{name = " + name + ", age = " + age + "}";
    }
}
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public static void main(String[] args) {
        //创建对象
        //如果已经重写hashcode方法，不同的对象只要属性值相同，计算出的哈希值就是一样的
        Student s1 = new Student();
        Student s2 = new Student();
        System.out.println(s1.hashCode());//961
        System.out.println(s2.hashCode());//961
    }
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• 在小部分情况下，不同的属性值或者不同的地址值计算出来的哈希值也有可能一样（哈希碰撞）

public static void main(String[] args) {
        //在小部分情况下，不同的属性值或者不同的地址值计算出来的哈希值也有可能一样。（哈希碰撞）
        System.out.println("abc".hashCode());//96354
        System.out.println("acD".hashCode());//96354
    }
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二、 HashSet 添加元素的过程

HashSet在JDK8以后的底层原理：

• 创建一个默认长度为16，默认加载因子为0.75的数组，数组名为table
• 根据元素的哈希值跟数组长度计算处应存入的位置

int index = (数组长度 - 1) & 哈希值;
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• 判断当前位置是否为null，如果是null，则直接存入
• 如果当前位置不是null，表示有元素，则调用equals()方法与当前位置的属性进行比较
• • 如果相同，则舍弃不存
• • 如果不同，则存入数组，形成链表
• JDK8以前，新元素存入数组，老元素挂在新元素下面形成链表
• JDK8之后，新元素挂在老元素下面形成链表
• 当链表长度大于8且数组长度大于等于64时，当前链表会自动转成红黑树
• 如果集合中存储的是自定义对象，必须重写 hashCode 和 equals 方法

三、 HashSet 为什么存和取的顺序不一样

HashSet 在遍历的时候是从数组的0索引开始遍历的，每个索引下都要遍历该索引下对应的链表，当遍历到一个索引，这个索引的值为空时，会跳过，遍历下一个索引，该索引下对应有链表时，就会遍历这个链表，若是红黑树，也会遍历这个红黑树，按这个原则遍历数组，因为某个索引下对应的元素不一定就是存入时的顺序，所以HashSet 在存和取时的顺序也不一定相同。

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四、 HashSet 为什么没有索引

HashSet 是由数组+链表+红黑树组成的，数组是有索引的，但是存在HashSet 中的元素是通过链表或红黑树的形式挂在数组的每个索引下的，也就是每个索引可能对应多个元素，所以HashSet 不能由索引找到对应的元素。

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五、 HashSet 的去重机制

HashSet 是通过HashCode计算出每个元素应该存放的位置，，然后通过equals方法去比较对象内部的属性值是否一致，保证不会出现重复的元素。

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