Java高级技术第四章——Java容器类之Set从源码开始详解

前言

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http://blog.csdn.net/wang7807564/article/details/79113195

Set

Set的特点就是每个元素都是唯一的，Set集合内两两元素之间进行equals()对比，结果都为false.Set集合也可以包含null元素。

HashSet

HashSet是常用的一种实现了Set接口的类，其底层实现原理是基于哈希表的，其随机访问时的效率很高，但是HashSet不保证集合中数据存储的顺序。
HashSet的继承关系类图如下所示：

HashSet的底层是实现的哈希表，对应的数据存储实际上时使用了集合类中Map接口的一个实现类HashMap.HashMap本身就是一个哈希表的实现类。HashSet用作存储数据的HashMap的Key是被存储在HashSet中的元素，Value是一个Object对象，其源码比较简单，就是封装了对HashMap的操作，源码如下:

public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;
    private transient HashMap<E,Object> map;
    private static final Object PRESENT = new Object();

    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }

    public HashSet(Collection<? extends E> c) {
        map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
        addAll(c);
    }

    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }


    public HashSet(int initialCapacity) {
        map = new HashMap<>(initialCapacity);
    }


    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
        map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }


    public Iterator<E> iterator() {
        return map.keySet().iterator();
    }


    public int size() {
        return map.size();
    }


    public boolean isEmpty() {
        return map.isEmpty();
    }


    public boolean contains(Object o) {
        return map.containsKey(o);
    }


    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }


    public boolean remove(Object o) {
        return map.remove(o)==PRESENT;
    }


    public void clear() {
        map.clear();
    }


    @SuppressWarnings("unchecked")
    public Object clone() {
        try {
            HashSet<E> newSet = (HashSet<E>) super.clone();
            newSet.map = (HashMap<E, Object>) map.clone();
            return newSet;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new InternalError(e);
        }
    }


    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException {
        // Write out any hidden serialization magic
        s.defaultWriteObject();

        // Write out HashMap capacity and load factor
        s.writeInt(map.capacity());
        s.writeFloat(map.loadFactor());

        // Write out size
        s.writeInt(map.size());

        // Write out all elements in the proper order.
        for (E e : map.keySet())
            s.writeObject(e);
    }


    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        // Read in any hidden serialization magic
        s.defaultReadObject();

        // Read capacity and verify non-negative.
        int capacity = s.readInt();
        if (capacity < 0) {
            throw new InvalidObjectException("Illegal capacity: " +
                                             capacity);
        }

        // Read load factor and verify positive and non NaN.
        float loadFactor = s.readFloat();
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) {
            throw new InvalidObjectException("Illegal load factor: " +
                                             loadFactor);
        }

        // Read size and verify non-negative.
        int size = s.readInt();
        if (size < 0) {
            throw new InvalidObjectException("Illegal size: " +
                                             size);
        }

        // Set the capacity according to the size and load factor ensuring that
        // the HashMap is at least 25% full but clamping to maximum capacity.
        capacity = (int) Math.min(size * Math.min(1 / loadFactor, 4.0f),
                HashMap.MAXIMUM_CAPACITY);

        // Create backing HashMap
        map = (((HashSet<?>)this) instanceof LinkedHashSet ?
               new LinkedHashMap<E,Object>(capacity, loadFactor) :
               new HashMap<E,Object>(capacity, loadFactor));

        // Read in all elements in the proper order.
        for (int i=0; i<size; i++) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
                E e = (E) s.readObject();
            map.put(e, PRESENT);
        }
    }

    public Spliterator<E> spliterator() {
        return new HashMap.KeySpliterator<E,Object>(map, 0, -1, 0, 0);
    }
}

TreeSet

与HashSet相比，TreeSet的实现要更为复杂一些。其底层实现的数据结构是一棵平衡树，这个平衡树就是红黑树。其底层依赖K-V对的数据结构，与HashSet类似，其将Map结构的Key用作存储元素的值，其Value都存储一个Object对象的引用。TreeSet的依赖的是后面将要涉及到的TreeMap.
TreeMap的实现就是红黑树数据结构，也就是一棵自平衡的排序二叉树，这样就可以保证当需要快速检索指定节点。
其底层实现原理也是在TreeMap的基础上实现的：封装原理与HashSet类似，底层内容参见TreeMap.

EnumSet

EnumSet是一个抽象类，它继承了AbstractSet,AbstractSet类实现了Set接口。
可以认为EnumSet是存储枚举类型的集合，例如下面的代码:

    public static void main(String[] args){
        EnumSet e = EnumSet.noneOf(Season.class);
        System.out.println(e);
        e.add(Season.AUTUMN);
        e.add(Season.SPRING);
        System.out.println(e);
    }

其中，Season是一个枚举类型，定义在:

enum Season {
    SPRING, SUMMER, AUTUMN, WINTER;
}

输出结果:

[]
[SPRING, AUTUMN]

这个类不可以通过构造器来实例化，可以通过工厂方法来获取到EnumSet的实例，例如noneOf()方法可以通过反射来获取到Enum，并且返回EnumSet子类的实例，这部分的源代码为:

    public static <E extends Enum<E>> EnumSet<E> noneOf(Class<E> elementType) {
        Enum<?>[] universe = getUniverse(elementType);
        if (universe == null)
            throw new ClassCastException(elementType + " not an enum");

        if (universe.length <= 64)
            return new RegularEnumSet<>(elementType, universe);
            //继承自 EnumSet,下同。
        else
            return new JumboEnumSet<>(elementType, universe);
    }