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Java Set接口与HashSet实现基础

P粉602998670

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发布时间:2026-01-10 16:06:08

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来源于php中文网

原创

HashSet无序且不保证插入顺序,基于哈希表实现,依赖equals()和hashCode()判重,需重写二者并保持逻辑一致;线程不安全;初始容量指桶数组长度,非元素上限;哈希分布影响性能;元素须可序列化。

java set接口与hashset实现基础

Set 接口不保证插入顺序,但 HashSet 是无序的典型代表

Java 的 Set 接口只承诺元素唯一、不重复,**不规定顺序**。而 HashSet 是基于哈希表实现的,它既不维护插入顺序,也不保证任何逻辑顺序——哪怕你连续 add("a"), add("b"), add("c"),迭代结果可能每次都不一样(取决于哈希值和扩容时机)。

如果你需要记住插入顺序,请直接换用 LinkedHashSet;如果需要自然排序,用 TreeSet。别指望 HashSet 碰巧“看起来有序”就在线上环境依赖它。

  • HashSet 允许一个 null 元素,但不能存重复对象(靠 equals() + hashCode() 判重)
  • 自定义类放进 HashSet 前,必须重写 equals()hashCode(),且二者逻辑要一致
  • 多线程环境下,HashSet 不是线程安全的;要用 Collections.synchronizedSet(new HashSet())ConcurrentHashMap.newKeySet()(JDK 8+)

new HashSet(initialCapacity) 的初始容量不是“能存多少个”

HashSet 构造时传的 initialCapacity 实际是底层 HashMap 的初始桶数组长度,**不是元素个数上限**。真正触发扩容的是「元素数量 > 容量 × 负载因子」(默认负载因子 0.75)。

比如 new HashSet(16),最多存 12 个元素就会扩容(16 × 0.75 = 12)。若你明确知道要塞 100 个元素,应设为 new HashSet(134)(向上取整到 2 的幂:128 → 128×0.75=96 不够,所以用 134 对应 128 的下一个 2 的幂?不对——更稳妥是直接算:100 / 0.75 ≈ 133.3 → 向上取整为 134,然后 HashMap 会自动对齐到 256)。

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  • 常见误写:new HashSet(100),以为能无扩容存 100 个——实际在第 76 个元素时就扩容了
  • 构造时传入 initialCapacity 过大会浪费内存;过小会导致频繁 rehash,影响性能
  • 如果用 HashSet(Collection) 构造,内部会按源集合 size / 0.75 + 1 计算初始容量,一般够用

contains() 和 remove() 的性能依赖 hashCode() 分布质量

HashSet.contains()remove() 平均时间复杂度是 O(1),但这前提是哈希值分布均匀。一旦大量对象返回相同 hashCode()(比如所有对象都 return 1),它们会挤进同一个桶,退化成链表遍历,最坏变成 O(n)。

尤其注意 String、Integer 等 JDK 类已优化良好;但自定义类若只重写 equals() 忘了 hashCode(),或 hashCode() 返回常量,就会踩坑。

  • 测试哈希分布:可临时把 HashSet 替换为 LinkedHashSet,再遍历 set.stream().map(o -> o.hashCode()).collect(Collectors.groupingBy(i -> i, Collectors.counting())) 查看碰撞情况
  • IDE 自动生成的 hashCode()(如 IntelliJ 的 “Generate → hashCode and equals”)基本可靠,避免手写简单常量返回
  • 使用 Lombok 的 @EqualsAndHashCode 时,确保未被忽略的字段参与计算,且字段本身有合理 hashCode()

HashSet 无法序列化非 Serializable 元素

HashSet 本身实现了 Serializable,但序列化时会递归序列化每个元素。如果其中某个元素类型没实现 Serializable(比如某个内部类没加 static、或用了 ThreadLocal 字段),反序列化时会抛 java.io.NotSerializableException

这个异常不会在 add() 时出现,而是在 writeObject / readObject 阶段才暴露,容易漏测。

  • 检查方式:对集合做 new ObjectOutputStream(new ByteArrayOutputStream()).writeObject(set) 单元测试
  • 修复手段:让元素类实现 Serializable,或标记不参与序列化的字段为 transient
  • 若用 JSON 库(如 Jackson)替代 Java 原生序列化,问题表现不同(可能报 No Serializer found),但根源仍是对象结构不可序列化
public class Person {
    private String name;
    private int age;

    // 必须同时存在,且逻辑一致
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Person person = (Person) o;
        return age == person.age && Objects.equals(name, person.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age); // ✅ 推荐用 Objects.hash
    }
}
真实项目里,HashSet 的坑往往不在语法,而在哈希一致性、序列化边界、并发误用这些隐性约束上。写完 equals/hashCode 后,记得跑一遍单元测试验证判重逻辑;上线前确认是否涉及跨 JVM 传递——那就不只是“能跑”,而是“能正确重建”。

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