【某大厂一面】HashSet底层怎么实现的

news2025/1/30 19:33:39

HashSet 是 Java 集合框架中的一个非常常用的集合类，它实现了 Set 接口，并且底层通常是通过 哈希表（HashMap）来实现的。要理解 HashSet 的底层实现，我们需要从哈希表的工作原理开始讲起。下面是对 HashSet 底层实现的详细解析。

HashSet 实际上是基于 哈希表 实现的，而哈希表的实现是通过 HashMap 类来完成的。其基本结构和工作原理如下：

HashSet 使用了 HashMap 作为底层存储结构。
每个 HashSet 中的元素都会作为 HashMap 的 key 存储，而 HashMap 的 value 部分则始终使用一个固定的对象（通常是 Object）作为占位符。

哈希值计算：当元素被插入到 HashSet 中时，首先会计算该元素的哈希值（使用元素的 hashCode() 方法）。哈希值决定了元素应该存放在哈希表的哪个位置。
冲突处理：如果两个不同的元素有相同的哈希值（即哈希冲突），HashMap 会通过链表（在 Java 8 之后，也可能是红黑树）来处理这些冲突。链表或树结构会存储多个哈希值相同的元素。
键值存储：在 HashMap 中，每个 key 对应着一个值（value）。在 HashSet 中，value 部分是固定的，通常不关心具体的值。

当调用 HashSet 的 add() 方法时，底层实际上调用的是 HashMap 的 put() 方法：

public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT) == null; // map.put() 返回值为 null 表示插入成功
}

在 HashSet 中，PRESENT 是一个常量，通常是 new Object()。

查找操作会调用 HashMap 的 containsKey() 方法：

public boolean contains(Object o) {
    return map.containsKey(o); // 调用 HashMap 的 containsKey()
}

删除操作会调用 HashMap 的 remove() 方法：

public boolean remove(Object o) {
    return map.remove(o) == PRESENT; // 调用 HashMap 的 remove() 删除元素
}

返回 HashSet 中存储的元素数量，底层是通过 HashMap 的 size() 方法获取的：

public int size() {
    return map.size(); // 调用 HashMap 的 size() 获取大小
}

HashSet 本质上是对 HashMap 的包装，HashSet 的元素会作为 HashMap 的 key 存储，而 value 部分固定不变。
HashMap 的 key 使用 hashCode() 和 equals() 方法来判断元素是否相等，所以 HashSet 中的元素也必须重写 hashCode() 和 equals() 方法。
HashSet 具有与 HashMap 相同的效率特性，所有常用操作（插入、查找、删除）的时间复杂度均为 O(1)，但在最坏情况下（哈希冲突严重）为 O(n)。

由于 HashSet 底层是基于哈希表的，因此它在大多数情况下提供非常高效的性能：

为了减少哈希冲突，HashSet 和 HashMap 都采用了动态扩容和哈希重哈希机制。当哈希表的负载因子（实际存储的元素数与数组容量之比）超过某个阈值时，会进行扩容（通常会将数组大小扩展为原来的 2 倍），并重新计算所有元素的哈希值并重新分配到新的数组位置。

HashSet 会根据负载因子和容量来动态调整内部存储数组的大小。默认情况下，HashSet 的初始容量为 16，负载因子为 0.75。

扩容操作会导致重新计算所有元素的哈希值，因此在性能方面可能会有一定的开销。