HashSet源码分析

本文主要是介绍HashSet源码分析，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

• HashSet底层是HashMap,第一次添加时,table数组扩容到16，临界值(threshold)是16加载因子(loadFactor)是0.75 = 12*

• 如果table数组使用到了临界值12(应该是大于12),就会扩容到16×2 = 32，新的临界值就是32 × 0.75 = 24,依次类推

• 在Java8中,如果一条链表的元素个数到达TREEIFY_THRESHOLD(默认是8).并且table的大小>=MIN_TREEIFY_CAPACITY(默认64),就会进行树化(红黑树),否则仍然采用数组扩容机制

public class HashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<String> hashSet = new HashSet<>();
        hashSet.add("java");
        hashSet.add("php");
        hashSet.add("java");

        System.out.println(hashSet);
    }
}

class HashSet{
	// PRESENT就是HaseSet为了用HashMap所以加了一个占位符
	// PRESENT是静态的，所以被HashSet类的所有对象共享
	private static final Object PRESENT = new Object();

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

	public boolean add(E e) {
		//跳进HashMap中的put方法
		// map正常添加完元素返回的应该是null
		return map.put(e, PRESENT)==null; 
	}
}

class HashMap{
	//第一次使用时初始化，长度为2的次幂，也可以为0
	transient Node<K,V>[] table;
	
	// 默认初始化容量为16
	static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
	
	// 默认初始化负载因子0.75
	static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
	
	//当链表的长度大于等于8时，就去判断是把链表变成红黑树，还是对table数组进行扩容
	static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
	
	//在treeifyBin方法中，如果table数组的长度小于64就不会将链表转换为红黑树，而是对table数组进行扩容
	static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
	
	public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }
	
	// 计算key应该存放的位置
	// (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)是为了尽量让不同的key得到不同的hash值，从而避免碰撞
	static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }
	
	final Node<K,V>[] resize() {
        Node<K,V>[] oldTab = table;
		//第一次进来的时候oldTab == null
		//所以第一次添加元素从if进来以后执行下面的语句后
		// oldCap = 0;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
		// 还没对threshold初始化，所以threshold为0
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        if (oldCap > 0) {
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        else {               // zero initial threshold signifies using defaults
			// 第一次添加元素进入resize方法应该进入这
			// newCap = 16
			newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
			// newThr = 12，当加入的元素
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
		//threshold = 12
        threshold = newThr;
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
            Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
		// table初始化
        table = newTab;
        if (oldTab != null) {
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else if (e instanceof TreeNode)
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // preserve order
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            else {
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }
	
	public HashMap() {
		//负载因子默认0.75
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }

	public V put(K key, V value) {
		// 正常添加完元素应该返回的是null
		return putVal(hash(key), key, value, false, true);
	}
	
	
	final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
		// 第一次添加元素(java)时，table还没有初始化
		// 满足table == null
		// 进入if后就会扩容
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
			// resize()方法返回一个空的Node[],长度为16
            n = (tab = resize()).length;
		/*
			（1）根据key得到hash去计算key应该存放在tab表的哪一个位置并且把这个位置的对象赋值给辅助变量p
			（2）判断p是否为空，p为空表示还没有存放元素，就创建一个Node,并把这个Node加入表中  
		*/
		/*
			第二次添加元素"php"时，if依旧满足
			
			第三次添加元素"java"时，因为tabel没有扩容，n==tab.length所以n不变
			并且hash是计算的key的hashCode方法得到的，所以hash也不变所以p != null
			if不满足	 
		 */
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
			// 给tab[i]添加上元素
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
			/*
				if的第一个条件：p.hash == hash
					p.hash就是第一次添加的"java"的hash，第三次添加元素为"java",所以第一个条件满足
				if的第二个条件需要满足下列两个条件之一：
					(1) 加入的key和p指向的Node节点的key是同一个对象(key就是加入的"java"元素)
					(2) key不等于null并且和p指向的Node节点的key的equals方法相同
					
				第三次加入元素"java"时，此if满足
					
			*/
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
			// 或者p是一棵红黑树
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
					/*
						如果p指向的节点的下一个节点等于null(p所指向的节点在外边第一个if就已经比较过了，所以这里直接从p的下一个节点比较即可)
						那么直接把直接造一个新的节点并让p.next指向它
					*/ 
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
						/*
							如果链表的长度大于等于8时，就用treeifyBin方法去判断是把链表变成红黑树，还是对table数组进行扩容
							treeifyBin方法里会判断如果table数组的长度小于64就不会将链表转换为红黑树，而是对table数组进行扩容
							if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
								resize();
						*/ 
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
					// 这里与外边的第一个if方法相同，如果找到链表中满足此if的节点也会直接退出循环，不会将的元素加入立案表中
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
			/*
				1.想一下，在HashMap中，当新加入的键值对的键是已经存在的
				  这时加入后的结果就是更新了值而在在HashSet里这个value一直都是PRESENT
				2.能到这一步，说明肯定进入了外边的else( 即不满足(p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) )
				  table数组对应的位置有值，然后如果e != null 那么说明这个新的元素根本没有加入
				  所以进入if以后有return，下边的++modCount等根本不会执行
				
			*/ 
			
            if (e != null) { // existing mapping for key
				// e.value还是PRESENT
                V oldValue = e.value;
				// onlyIfAbsent传进来的时候就是false，此if满足
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
		// modCount记录的是操作次数
        ++modCount;
		// 如果map中已有的键值对大于阈值，扩容
		// 第一次是table长度为16，threshold为12
		// 扩容32, 24
		// 扩容64, 48以此类推
        if (++size > threshold)
            resize();
		// 留给子类的方法，在HashMap里这个是个空方法
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }
}

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