Java集合04

9.Set接口方法

• Set接口基本介绍

  1. 无序（添加和取出的顺序不一致），没有索引
  2. 不允许重复元素，所以最多只有一个null
  3. JDK API中接口的实现类有：
  

• Set接口的常用方法：和List接口一样，Set接口也是Collection的子接口，因此，常用方法和Collection接口一样。

• Set接口的遍历方式：同Collection的遍历方式一样，因为Set是Collection的子接口所以：

  • 可以使用迭代器
  • 增强for循环
  • 不能使用索引的方式来获取

例子1：以Set接口的实现类HashSet来讲解Set的方法

1.set接口的实现类的对象（set实现类对象），不能存放重复的数据，且最多只能添加一个null
2.set接口对象存放数据是无序的（即添加对象顺序和取出的对象顺序不一致）
3.注意：但是取出的顺序是固定的

package li.collections.set;

import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

@SuppressWarnings("all")
public class SetMethod {
    public static void main(String[] args) {
      
        Set set = new HashSet();
        set.add("john");
        set.add("lucy");
        set.add("john");
        set.add("jack");
        set.add("marry");
        set.add(null);
        set.add(null);
        System.out.println(set);//取出的顺序是一致的:[null, marry, john, lucy, jack]

        //遍历
        //1.使用迭代器
        Iterator iterator = set.iterator();
        System.out.println("======迭代器遍历======");
        while (iterator.hasNext()) {
            Object obj =  iterator.next();
            System.out.print(obj+"\t");
        }

        //2.增强for循环
        System.out.println('\n'+"======增强for循环======");
        for (Object o:set) {
            System.out.print(o+"\t");
        }

        //set接口对象不能使用通过索引来获取，因此没有get方法
        
    }
}

10.HashSet

1. HashSet实现了接口Set
2. HashSet实际上是HashMap

3. 可以存放null值，但只能有一个null
4. HashSet 不保证元素是有序的，取决于hash后，再确定索引的结果
5. 不能有重复元素/对象

例子1：不允许重复元素

package li.collections.set;

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

@SuppressWarnings("all")
public class HasSet_ {
    public static void main(String[] args) {
        Set hashSet = new HashSet();

        //1.HashSet可以存放null，但是只能存放一个null，即不允许重复元素
        hashSet.add(null);
        hashSet.add(null);
        System.out.println(hashSet);//[null]
     }
}

例子2：

package li.collections.set;

import java.util.HashSet;

@SuppressWarnings("all")
public class HashSet01 {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet hashSet = new HashSet();

        //1.在执行add方法后会返回一个boolean值，添加成功返回true，失败则返回false
        System.out.println(hashSet.add("john"));//true
        System.out.println(hashSet.add("lucy"));//true
        System.out.println(hashSet.add("john"));//false，可以看出这里添加失败了，不允许重复元素
        System.out.println(hashSet.add("jack"));//true
        System.out.println(hashSet.add("rose"));//true

        //2.可以通过remove（）指定删除哪个对象
        hashSet.remove("john");
        System.out.println(hashSet);//[rose, lucy, jack]


    }
}

10.1怎么理解不能添加相同的元素/数据？

例子：

package li.collections.set;

import java.util.HashSet;

@SuppressWarnings("all")
public class HashSet01 {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet hashSet = new HashSet();

        hashSet.add("lucy");//添加成功
        hashSet.add("lucy");//添加失败
        hashSet.add("lucy");//添加失败
        hashSet.add(new Dog("tom"));//添加成功
        hashSet.add(new Dog("tom"));//添加成功
        System.out.println(hashSet);//[Dog{name='tom'}, Dog{name='tom'}, lucy]


        //!!!经典面试题：
        hashSet.add(new String("jackcheng"));//添加成功
        hashSet.add(new String("jackcheng"));//添加失败，为什么呢？
        System.out.println(hashSet);//[jackcheng, Dog{name='tom'}, Dog{name='tom'}, lucy]

    }
}

class Dog{
    private String name;

    public Dog(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Dog{" +
                "name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
}

为什么相同的两个 hashSet.add(new Dog("tom")); hashSet.add(new Dog("tom"));语句可以添加成功，而却添加失败呢？原因在于HashSet的底层机制

    hashSet.add(new String("jackcheng"));//添加成功
    hashSet.add(new String("jackcheng"));//添加失败，为什么呢？

10.2HashSet的底层扩容机制

HashSet底层是HashMap，HashMap底层是数组+链表+红黑树

说明：

1. 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，0.75）=12；如果table数组容量使用到了临界值12，就会扩容到16 * 2=32，新的临界值就是32 * 0 .75=24，依此类推（两倍扩容）

注意：这里的容量计算的不仅仅是table数组上的容量，链表上的容量也算。即只要增加了一个元素，使用的容量就+1

例如：当一个table表的数组某个索引位置上存储了一个值，而这个值后面的链表存储了7个值，加起来就是8，那么在数组长度没有超过64时，再加入一个值，数组就会进行两倍扩容

2. 添加一个元素时，先得到一个hash值--会转成--索引值

3. 找到存储数据表table，看这个索引位置是否已经存放有元素

   3.1 如果没有则直接加入

   3.2 如果有，则调用equals()比较，如果相同就放弃添加；如果不相同则添加到最后

4. 在jdk8中，如果一条链表的元素个数 >= TREEIFY_THRESHOLD （默认为8），并且table数组的大小 >= MIN_TREEIFY_CAPACITY （默认为64）就会进行树化（红黑树），否则仍然采用数组扩容机制

例子：模拟链表

package li.collections.set;

public class HashSetStructure {

    public static void main(String[] args) {
        //模拟一个HashSet的底层（即HashMap的底层结构）

        //1.创建一个数组，数组的类型是Node
        Node[] table = new Node[16];
        System.out.println(table);
        //2.创建结点
        Node john = new Node("john", null);

        table[2] = john;

        Node jack = new Node("jack", null);
        john.next = jack;//将Jack结点挂载到john后面

        Node rose = new Node("rose", null);
        jack.next = rose;//将rose结点挂载到jack后面

        Node lucy = new Node("lucy", null);
        table[3] = lucy;//把lucy存放到table表索引为3 的位置

        System.out.println(table);
    }

}

class Node {//结点，用于存放数组，可以指向下一个节点从而形成链表
    Object item;//存放数据
    Node next;//指向下一个节点


    public Node(Object item, Node next) {
        this.item = item;
        this.next = next;
    }
}

例子2：HashSet的两倍扩容机制

1. 如图，HashSet第一次添加数据，table数组的长度为16

2. 在数组容量使用到12（临界值） 时，会进行一个两倍的扩容（12*0.75=32）

   

例子3：HashSet的树化

package li.collections.set.hashset;
import java.util.HashSet;

@SuppressWarnings("all")
public class HashSetSource {
    public static void main(String[] args) {

        HashSet hashSet = new HashSet();
        for (int i = 1; i <=12 ; i++) {
            hashSet.add(new A(i));
        }
        
        System.out.println(hashSet);
    }
}

class A {
    private int n;

    public A(int n) {
        this.n = n;
    }

    @Override
    public int hashCode(){//重写hashCode方法
        return 100;
    }
}

如上所示，将hashCode方法重写，使其返回相同的哈希值，这样可以快速地使table链表的值达到8以上

---

如上图所示，当链表数量到达8之后，table的容量进行两倍扩容，变成32，临界值为24

---

如上图，当链表数量到达9之后，table的容量进行两倍扩容，变成64，临界值为48

---

如下所示：当链表数量到达10之后，table此刻符合树化的条件（长度>=64，链表长度>=8），将链表转变为红黑树，不再进行扩容

例子4：验证--->扩容 需要的使用容量计算的不仅仅是数组上的容量，链表上的容量也算

如下，重写hashCode（）方法，让 其快速在某一个链表上添加

package li.collections.set.hashset;

import java.util.HashSet;

@SuppressWarnings("all")
public class HashSetSource {
    public static void main(String[] args) {

        HashSet hashSet = new HashSet();
        for (int i = 1; i <=7 ; i++) {//在table的某一条链表上添加了7个A个对象
            hashSet.add(new A(i));
        }

        for (int i = 1; i <=7 ; i++) {//在table的另外一条链表上添加了7个B对象
            hashSet.add(new B(i));
        }

        System.out.println(hashSet);

    }
}

class B{
    private int n;
    public B(int n) {
        this.n = n;
    }

    @Override
    public int hashCode(){//重写hashCode方法
        return 200;
    }
}

class A {
    private int n;

    public A(int n) {
        this.n = n;
    }

    @Override
    public int hashCode(){//重写hashCode方法
        return 100;
    }
}

如下图，在第二个循环语句上打上断点，可以看到在table表中有两个链表。此时，在索引4的位置上存放了7个A对象，在索引8的位置上存放了5个对象，此时整个数组的长度为16

接下来再添加一个数据，即此时数组上的数据+链表上的数据总量为13，超过临界值时4，可以看到table数组进行了扩容（64）

说明扩容临界值计算的是添加数据的总个数，而非单指table表上的数据个数

10.3HashSet源码解读

package li.collections.set.hashset;

import java.util.HashSet;

@SuppressWarnings("all")
public class HashSetSource {
    public static void main(String[] args) {

        HashSet hashSet = new HashSet();
        hashSet.add("java");
        hashSet.add("php");
        hashSet.add("java");
        System.out.println("set="+hashSet);
        
    }
}

1. HashSet hashSet = new HashSet();首先new HashSet()会调用HashSet构造器

   

2. hashSet.add("java");第一次调用add（）方法：

   

3. add（）方法又调用了put（）方法：

   

   其中，key就是传递的参数：java，而value则是add（）方法的PRESENT，PRESENT是一个用于占位的Object对象，被设置为静态且是常量

4. 点击hash（key）方法，查看：

   

   可以看到，如果传入的参数key为空的话，就返回0；如果不为空，则求出 key 的 hashCode 值，然后将hashCode 值右移16位并且与原来的 hashCode 值进行 ^(按位异或) 操作，并返回这个哈希值

5. 回到上一层，点击进入putVal（）方法：

   final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                  boolean evict) {//
       Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;//定义了辅助变量
       //这里定义的tablejiushi HashMap的一个数组，类型是Node[]数组
       if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)//if 语句表示，如果当前table是null，或者大小=0，则进行第一次扩容，扩容到16个空间
           n = (tab = resize()).length;//如果为第一次扩容，此时初始的table已经变成容量为16的数组
       
       /*
       1.根据key，得到hash 去计算key应该放到table表的哪个索引位置，并且把这个未知的对象赋给赋值变量p  	  2.再判断p是否为空 
       	2.1如果p为空，表示该位置还没存放元素，就创建一个Node (key="java", value=PRESENT)并把数         据放在该位置--table[i]=newNode(hash, key, value, null);
       */
       if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
           tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
       else {
        //2.2如果不为空，就会进入else语句
           Node<K,V> e; K k;//定义辅助变量
          /*这里的p指向当前索引所在的对象（由上面的p = tab[i = (n - 1) & hash])计算出索引位置），如        果当前索引位置对应链表的第一个元素的哈希值 和 准备添加的key的哈希值 一样，
          并且 
          满足下面两个条件之一：
           1.准备加入的key 和 p指向的Node节点 的key 是同一个对象：(k = p.key) == key
           2.p指向的Node节点的key 的equals()和准备加入的key比较后相同并且key不等于null：(key !=           null && key.equals(k))
           就不加入  只是换原来的元素（不插入新结点只是替换值）
           */
           if (p.hash == hash &&
               ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
               e = p;
           //再判断p是否是一颗红黑树
           //如果是红黑树，就调用putTreeVal（）方法来进行添加
           else if (p instanceof TreeNode)
               e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
           else {
               //如果table对应索引位置已经是一个链表了，就使用for循环依次比较
               //（1）依次和该链表的每个元素都比较后 都不相同，就则将数据加入到该链表的最后
               for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                   if ((e = p.next) == null) {//先赋值再判断
                       p.next = newNode(hash, key, value, null);
                       //注意：把元素添加到链表之后立即 判断该链表是否已经达到8个节点，如果已经达到则                      调用 treeifyBin()对当前链表进行树化（转成红黑树）
                       //在转成红黑树时 还要进行一个判断：
                       //如果该table数组的为空或者大小小于64，则对table数组进行扩容
                       //如果上面条件不成立，即数组大小大于等于64且链表数量达到8个，就转成红黑树
                       if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                           treeifyBin(tab, hash);
                       break;
                   }
                    //（2）如果在依次和该链表的每个元素比较的过程中发现如果有相同情况，就直接break
                   if (e.hash == hash &&
                       ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                       break;
                   p = e;//在上面for循环条件已经把p.next赋值给e了，这里e又赋值给p 其实就是将p指针指                      //向p.next，然后再进行新一轮的判断，如此循环，直到有满足上面if语句的条件为止
               }
           }
           if (e != null) { // existing mapping for key
               V oldValue = e.value;
               if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                   e.value = value;
               afterNodeAccess(e);
               return oldValue;
           }
       }
       ++modCount;
       if (++size > threshold)
           resize();
       afterNodeInsertion(evict);
       return null;
   }