一、核心概念与用途

特性	HashSet	HashMap
接口实现	实现 Set 接口（存储唯一元素）	实现 Map 接口（存储键值对）
数据存储	存储单个对象（元素唯一）	存储键值对（键唯一，值可重复）
典型用途	去重集合（如用户 ID 集合）	键值映射（如缓存数据、配置项）

二、内部实现机制

1. HashSet 的底层依赖
   HashSet 内部通过 HashMap 实现，元素作为 HashMap 的键，值使用固定虚拟对象：

   // HashSet源码关键字段
   private transient HashMap<E, Object> map;
   private static final Object PRESENT = new Object(); // 虚拟值
   
   // add方法实现
   public boolean add(E e) {
       return map.put(e, PRESENT) == null; // 键存在则返回false
   }
   

2. HashMap 的存储结构
   基于哈希表（数组 + 链表/红黑树），键通过哈希函数计算索引：

   // HashMap存储结构（Java 8+）
   transient Node<K,V>[] table;
   static class Node<K,V> {
       final int hash;
       final K key;
       V value;
       Node<K,V> next;
   }
   

三、功能与方法差异

操作	HashSet 方法	HashMap 方法
添加元素	add(E e)	put(K key, V value)
删除元素	remove(Object o)	remove(Object key)
检查存在	contains(Object o)	containsKey(Object key)
获取元素	无直接方法（需迭代器遍历）	get(Object key)
容量相关	size() 返回元素数量	size() 返回键值对数量

四、性能与特性对比

维度	HashSet	HashMap
时间复杂度	添加/删除/查找：平均 O(1)，最差 O(log n)	同左
内存开销	较高（每个元素需额外存储虚拟值）	较高（存储键值对）
允许 null 值	允许一个 null 元素	允许一个 null 键和多个 null 值
迭代顺序	不保证顺序	不保证顺序
线程安全	非线程安全	非线程安全

五、使用场景示例

1. HashSet 适用场景

   • 用户登录去重：

     Set<String> loggedInUsers = new HashSet<>();
     if (loggedInUsers.add(userId)) {
         // 首次登录处理
     }
     

   • 标签管理系统：

     Set<String> uniqueTags = new HashSet<>(allTags);
     

2. HashMap 适用场景

   • 缓存数据：

     Map<String, Product> productCache = new HashMap<>();
     productCache.put(productId, product);
     

   • 配置项管理：

     Map<String, String> configs = new HashMap<>();
     configs.put("timeout", "30");
     

六、线程安全解决方案

需求	HashSet 方案	HashMap 方案
同步包装	Set<String> syncSet = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());	Map<String, String> syncMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
并发容器	无直接替代，可包装 ConcurrentHashMap：Set concurrentSet = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>());	ConcurrentHashMap<String, String>

七、内存与 GC 影响

• HashSet 内存占用：
  每个元素需存储键（元素对象）和固定虚拟值（约 16 字节对象头），内存开销约为元素大小的 2 倍。

• HashMap 内存占用：
  存储键值对，每个节点额外包含哈希值、指针等元数据，内存开销更高。

优化建议：

• 对 HashSet 使用 -XX:+UseCompressedOops 压缩指针（64 位 JVM 默认开启）
• 对 HashMap 预估初始容量，避免频繁扩容

八、扩展对比：LinkedHashSet vs LinkedHashMap

特性	LinkedHashSet	LinkedHashMap
实现方式	继承 HashSet，内部使用 LinkedHashMap	维护插入顺序/访问顺序的双向链表
有序性	保证插入顺序	可配置插入顺序或访问顺序（LRU）
性能损耗	略高于 HashSet（维护链表指针）	略高于 HashMap

九、总结

• 核心区别：HashSet 用于存储唯一元素集合，HashMap 用于键值映射。
• 实现关联：HashSet 基于 HashMap 实现，复用其键唯一性特性。
• 选择策略：
  • 需要唯一元素集合 → HashSet
  • 需要键值对存储 → HashMap
  • 需要有序 → LinkedHashSet/LinkedHashMap
  • 高并发场景 → ConcurrentHashMap 包装或专用并发容器