Java中Set集合是如何实现添加元素保证不重复的？

Set集合是一个无序的不可以重复的集合。今天来看一下为什么不可以重复。

Set是一个接口，最常用的实现类就是HashSet，今天我们就拿HashSet为例。

先简单介绍一下HashSet类

HashSet类实现了Set接口，其底层其实是包装了一个HashMap去实现的。HashSet采用HashCode算法来存取集合中的元素，因此具有比较好的读取和查找性能。

先看下HashSet的几个构造方法。

// 默认构造函数 底层创建一个HashMap public HashSet() { // 调用HashMap的默认构造函数，创建map map = new HashMap<E,Object>(); } // 带集合的构造函数 public HashSet(Collection<? extends E> c) { // 创建map。 map = new HashMap<E,Object>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16)); // 将集合(c)中的全部元素添加到HashSet中 addAll(c); } // 指定HashSet初始容量和加载因子的构造函数 public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) { map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor); } // 指定HashSet初始容量的构造函数 public HashSet(int initialCapacity) { map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity); } HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) { map = new LinkedHashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor); }

再来看HashSet中的声明。

private transient HashMap<E,Object> map; // 用来匹配Map中后面的对象的一个虚拟值 private static final Object PRESENT = new Object();

接下来就是我们的重点HashSet的add()方法，贴上源码。

 /** * 将元素e添加到HashSet中，也就是将元素e作为Key放入HashMap中 * * @param e 要添加到HashSet中的元素 * @return true 如果不包含该元素 */ public boolean add(E e) { return map.put(e, PRESENT)==null; }

从源码我们可以看出HashSet的add()方法又调用了HashMap中的put()方法，那我们再跳转到HashMap中的put()方法中。

 public V put(K key, V value) { // 倒数第二个参数false：表示允许旧值替换 // 最后一个参数true：表示HashMap不处于创建模式 return putVal(hash(key), key, value, false, true); }

HashMap中的put()方法又调用了putVal()方法来实现功能，再看putVal()的源码。

 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node<K, V>[] tab; Node<K, V> p; int n, i; //如果哈希表为空，调用resize()创建一个哈希表，并用变量n记录哈希表长度 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; /** * 如果指定参数hash在表中没有对应的桶，即为没有碰撞 * Hash函数，(n - 1) & hash 计算key将被放置的槽位 * (n - 1) & hash 本质上是hash % n，位运算更快 */ if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) //直接将键值对插入到map中即可 tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else {// 桶中已经存在元素 Node<K, V> e; K k; // 比较桶中第一个元素(数组中的结点)的hash值相等，key相等 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) // 将第一个元素赋值给e，用e来记录 e = p; // 当前桶中无该键值对，且桶是红黑树结构，按照红黑树结构插入 else if (p instanceof TreeNode) e = ((TreeNode<K, V>) p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); // 当前桶中无该键值对，且桶是链表结构，按照链表结构插入到尾部 else { for (int binCount = 0; ; ++binCount) { // 遍历到链表尾部 if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); // 检查链表长度是否达到阈值，达到将该槽位节点组织形式转为红黑树 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); break; } // 链表节点的<key, value>与put操作<key, value>相同时，不做重复操作，跳出循环 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e; } } // 找到或新建一个key和hashCode与插入元素相等的键值对，进行put操作 if (e != null) { // existing mapping for key // 记录e的value V oldValue = e.value; /** * onlyIfAbsent为false或旧值为null时，允许替换旧值 * 否则无需替换 */ if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; // 访问后回调 afterNodeAccess(e); // 返回旧值 return oldValue; } } // 更新结构化修改信息 ++modCount; // 键值对数目超过阈值时，进行rehash if (++size > threshold) resize(); // 插入后回调 afterNodeInsertion(evict); return null; }

从源码中，我们可以看出将一个key-value对放入HashMap中时，首先根据key的hashCode()返回值决定该Entry的存储位置，如果两个key的hash值相同，那么它们的存储位置相同。如果这个两个key的equals比较返回true。那么新添加的Entry的value会覆盖原来的Entry的value，key不会覆盖。且HashSet中add()中 map.put(e, PRESENT)==null 为false，HashSet添加元素失败。因此,如果向HashSet中添加一个已经存在的元素，新添加的集合元素不会覆盖原来已有的集合元素。

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