【集合】3.Set與Map
阿新 • • 發佈：2021-08-08
1. Set基本介紹
- Set介面是Collection介面的子介面。
- Set集合中元素時無序的（新增和取出順序不一致，LinkedHashSet、TreeSet除外），沒有索引。
- 不允許新增重複元素，最多包含一個null。
2. 常用方法
常用方法和Collection介面一樣。
3. HashSet原始碼分析
3.1 HashSet介紹
-
HashSet實際上是HashMap。HashMap底層是[陣列 + 連結串列 + 紅黑樹]。
-
HashSet的元素存在HashMap的Key中，Value中存放的是一個Object物件。
// Dummy value to associate with an Object in the backing Map private static final Object PRESENT = new Object(); -
HashSet不保證元素時有序的，取決於hash後，再確定索引的結果。
3.2 原始碼分析
3.2.1 構造方法
構造HashSet物件時，底層構造了一個HashMap物件。
public HashSet() {
map = new HashMap<>();
}
呼叫無參構造建立HashMap時，載入因子(loadFactor)預設為0.75。載入因子決定了何時擴容，如0.75含義是當元素超過了陣列大小的3/4時就擴容。
final float loadFactor; static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted }
3.2.2 新增及擴容機制
-
第一次新增時，table陣列擴容到16，臨界值(threshold)是16*載入因子(loadFactor 0.75)=12。
float ft = (float)newCap * loadFactor; -
新增一個元素時，先得到hash值，以hash值作為陣列的索引定位到儲存的位置。
public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true); } // 計算hash static final int hash(Object key) { int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); } -
找到儲存資料表table，看這個索引位置是否已經存放元素。
-
如果沒有，直接加入。
-
如果有，呼叫equals比較。如果相同，就放棄新增，跳到下一個元素。如果不相同，則新增到最後。
-
在Java8中，如果一條連結串列的元素個數達到TREEIFY_THRESHOLD(預設8)，並且table大小>=MIN_TREEIFY_CAPACITY(預設64)，就會進行樹化，轉為紅黑樹。
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64; // 新增 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; // 定義輔助變數 // table是HashMap的一個數組，型別是Node[] // 如果table為空或者大小為0則說明是第一次擴容 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; // 根據hash值計算key應該存放到table表的哪個索引位置， // 並將這個位置的物件賦值給p，判斷p是否為null if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) // p為null說明沒有存放元素，建立一個新的Node存放到該位置 tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else { Node<K,V> e; K k; // 輔助變數 // 如果當前索引位置對應的連結串列的第一個元素和準備新增的key的hash值一樣， // 並且滿足兩個條件之一： // (1)準備加入的key和p指向Node節點的key是同一個物件 // (2)準備加入的key不為空，但和p指向Node節點的key相同 // 就不能加入 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p; // 再判斷p是不是一顆紅黑樹，如果是就呼叫putTreeVal進行新增 else if (p instanceof TreeNode) e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else { // 依次和該連結串列的每一個元素比較後，都不相同，則加入到該連結串列的最後 for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); // 把元素加入到連結串列後立即判斷該連結串列是否達到8個節點， // 達到就呼叫treeifyBin()對當前連結串列進行樹化，轉成紅黑樹 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); break; } // 如果有相同情況，直接break if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e; } } 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; } // 樹化 final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) { int n, index; Node<K,V> e; // 如果table大小沒有達到64只會擴容，達到64後才會樹化 if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY) resize(); else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) { TreeNode<K,V> hd = null, tl = null; do { TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null); if (tl == null) hd = p; else { p.prev = tl; tl.next = p; } tl = p; } while ((e = e.next) != null); if ((tab[index] = hd) != null) hd.treeify(tab); } } -
table表是以2倍方式擴容。
// 該語句在原始碼中位於resize方法的一個if條件中 newCap = oldCap << 1; // ... Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; table = newTab;
4. LinkedHashSet原始碼分析
4.1 LinkHashSet介紹
- LinkedHashSet是HashSet的子類。
- LinkedHashSet底層是一個LinkedHashMap，Map底層又維護了[陣列 + 雙向連結串列]。
- LinkedHashSet根據元素的hashCode值類決定元素的儲存位置，同時使用連結串列維護元素的次序，這使得元素看起來是以插入順序儲存的。
- LinkedHashSet不允許新增重複元素。
4.2 原始碼分析
4.2.1 構造方法
構建LinkedHashSet物件時，底層構造了一個LinkedHashMap物件。
public LinkedHashSet() {
super(16, .75f, true);
}
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}
4.2.2 新增機制
LinkedHashMap繼承了HashMap，僅僅是把newNode方法重寫。新建一個節點並把這個節點掛在連結串列尾部。
Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> e) {
LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
new LinkedHashMap.Entry<K,V>(hash, key, value, e);
linkNodeLast(p);
return p;
}
private void linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p) {
LinkedHashMap.Entry<K,V> last = tail;
tail = p;
if (last == null)
head = p;
else {
p.before = last;
last.after = p;
}
}
5. TreeSet原始碼分析
5.1 TreeSet介紹
- TreeSet底層是一個TreeMap。
- TreeMap可以指定規則對元素進行排序。
- 使用TreeSet是儲存的元素必須實現Comparable介面，或者建立TreeSet時傳入一個Comparator構造器物件。
5.2 原始碼分析
5.2.1構造方法
建立TreeSet物件時，底層建立了一個TreeMap物件。
public TreeSet() {
this(new TreeMap<E,Object>());
}
建立TreeSet物件時，可以指定一個Comparator比較器物件，新增元素時按照指定規則排序。
public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
this(new TreeMap<>(comparator));
}
private final Comparator<? super K> comparator;
public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) {
this.comparator = comparator;
}
5.2.2 新增機制
-
呼叫add方法新增，底層呼叫了map的put方法，以待加元素作為key，Object物件作為value存入map中
private static final Object PRESENT = new Object(); public boolean add(E e) { return m.put(e, PRESENT)==null; } -
TreeMap的put方法在新增元素時，會判斷comparator欄位是否為空也就是在建立物件時有沒有傳入一個比較器，如果有就使用傳入的比較器對元素進行排序，如果沒有則使用元素實現的Comparable介面。
public V put(K key, V value) { Entry<K,V> t = root; if (t == null) { compare(key, key); // type (and possibly null) check root = new Entry<>(key, value, null); size = 1; modCount++; return null; } int cmp; Entry<K,V> parent; // 如果含有比較器物件Comparator就是用比較器物件比較 // 如果沒有就使用元素實現的Comparable介面 Comparator<? super K> cpr = comparator; if (cpr != null) { do { parent = t; cmp = cpr.compare(key, t.key); if (cmp < 0) t = t.left; else if (cmp > 0) t = t.right; else return t.setValue(value); } while (t != null); } else { if (key == null) throw new NullPointerException(); @SuppressWarnings("unchecked") Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key; do { parent = t; cmp = k.compareTo(t.key); if (cmp < 0) t = t.left; else if (cmp > 0) t = t.right; else return t.setValue(value); } while (t != null); } Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent); if (cmp < 0) parent.left = e; else parent.right = e; fixAfterInsertion(e); size++; modCount++; return null; } -
如果既沒有傳入比較器Comparator，元素也沒有實現Comparable介面，新增元素時會丟擲ClassCastException類轉換異常。
java.lang.ClassCastException: Demo$1A cannot be cast to java.lang.Comparable at java.util.TreeMap.compare(TreeMap.java:1294) at java.util.TreeMap.put(TreeMap.java:538) at java.util.TreeSet.add(TreeSet.java:255)
6. 集合實現類的選擇
在開發中，選擇什麼集合實現類，主要取決於業務操作特點，然後根據集合實現類特性進行選擇。
- 先判斷儲存的型別，是一組物件（單列）還是一組鍵值對（雙列）。
- 一組物件（單列）：Collection介面
- 允許重複：List
- 增刪多：LinkedList，底層維護了一個雙向連結串列。
- 改查多：ArrayList，底層維護了一個Object型別的可變陣列。
- 不允許重複：Set
- 無序：HashSet，底層是HashMap，維護了一個雜湊表（陣列+連結串列+紅黑樹）。
- 排序：TreeSet，底層是TreeMap，使用Comparator或Comparable進行比較排序。
- 插入和取出的順序一致：LinkedHashSet，底層維護了陣列+雙向連結串列。
- 允許重複：List
- 一組鍵值對（雙列）：Map介面
- 鍵無序：HashMap，底層是雜湊表，JDK7是[陣列+連結串列]，JDK8是[陣列+連結串列+紅黑樹]。
- 鍵排序：TreeMap。
- 鍵插入和取出順序一致：LinkedHashMap。
- 讀取檔案：Properties