• HashSet特征

1. 无序——添加和取出元素的顺序不一致；没有索引
2. 元素不可以重复，所以最多包含一个null
3. 取出的顺序虽然不是添加的顺序，但是固定

• 底层采用HashMap实现，所以主要介绍HashMap底层代码
• HashMap底层实现：数组+链表/红黑树

HashMap大致数据结构

• 看代码⬇️

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个HashSet对象
        HashSet set = new HashSet();
        for (int i = 1 ;i <= 20; i++){
            //添加元素
            set.add(i);
        }
        System.out.println(set);
    }
}

1. HashSet set =newHashSet();

public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    public HashSet() {
        //创建一个HashMap对象
        map = new HashMap<>();
    }
}

看到没有！HashMap，接着往下看

2. map = new HashMap<>();

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable 
{
    //指定数组的初始大小为16. 1<<4=1*2*2*2*2
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
    //构造函数
    public HashMap() {
        /*给loadFactor赋值 0.75
          用来计算数组的临界点下标
        */
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }
}

3. set.add(i);

public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    //添加一个元素 返回boolean类型表示成功或失败
    public boolean add(E e) {
        //PRESENT——表示map<K,V>中的value，这里为一个Object对象，K=e——在键中存储要添加的元素
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }
}

4. map.put(e, PRESENT)

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable 
{
    public V put(K key, V value) {
        //hash(key)用来计算hash值，最终得到将要存储元素的下标
        //key,value即Map的键值对
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
}

5. putVal(hash(key), key, value,false,true);

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable 
{
    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        //这些为工具变量，起到逻辑控制作用。没有太过特殊的意义
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        //table = Map结构中的数组初始为空
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            //一开始初始化准备添加第一个元素，上面条件成立，先看下resize代码 -> 6.1
            n = (tab = resize()).length;
        //如果通过hash算法得到的下标没有存储任何元素，则将元素通过Node存放在当前下标
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            /*判断如果当前要存储hash值与计算出的hash值相等并且将要存储的元素的地址或内容与
              原下标的地址或内容相等则执行
            */
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            //否则如果当前下标存储结构为红黑树 之行下列代码块
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                //hash值相同，其他上述条件不成立时.循环数组当前下标的链表中的元素
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    //之所以要判断链表下一节点是否指向空，是因为要将新的节点添加到链表尾部
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        /*判断如果当前下标的链表中节点的数量>=7(从0开始数)，则考虑将链表
                          转为红黑树
                        */
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    //循环判断要添加的元素是否已经在链表中存在，如果存在则跳出循环，不添加元素
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            //如果e不是null，返回的也不是null 表示添加失败
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        //如果数组大小 > 数组大小临界点，则扩容
        if (++size > threshold)
            resize();
        //没有意义的方法
        afterNodeInsertion(evict);
        //返回null 表示添加成功
        return null;
    }
}

6.1. resize()

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable 
{
    final Node<K,V>[] resize() {
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        //oldCap=0，因为数组现在为null
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        //oldThr=0，默认为0 —数组长度临界值old
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        //不成立，跳过
        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
        }
        //不成立，跳过
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        else {     
            //程序来到这
            //得到默认为数组指定的大小 16
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            //得到默认为数组指定的临界点下标 16 * 0.75 = 12
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        //不成立，跳过
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        threshold = newThr;
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        //创建一个长度为16的Node类型数组——Node对象可形成链表
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        //将创建的数组赋予Map中的table数组
        table = newTab;
        /*...省略代码段...*/
        return newTab;
    }
}

补充：

当链表的节点到8个并且数组的长度>=64，链表会转为红黑树；

如果节点>8，但是数组的长度<64，则先对数组进行扩容，达到64时，会重新计算hash值并将数据结构转为红黑树;

Map中存储的元素在达到临界值的时候，会自动*2扩容；这里的元素指Map中元素的总个数，不单单是数组中的元素，也包括链表中的元素。

END