TIP
本文主要是介绍 Hash集合原理和总结 。
# 一.HashSet原理及实现学习总结
，对于HashSet而言，它是基于HashMap来实现的，底层采用HashMap来保存元素。所以如果对HashMap比较熟悉，那么HashSet的原理应该很好理解!
# 1.HsahSet概述
HashSet实现Set接口，由哈希表（实际上是一个HashMap实例）支持。它不保证set 的迭代顺序；特别是它不保证该顺序恒久不变。此类允许使用null元素。
1 public class HashSet<E>
2 extends AbstractSet<E>
3 implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
HashSet继承AbstractSet类，实现Set、Cloneable、Serializable接口。其中AbstractSet提供 Set 接口的骨干实现，从而最大限度地减少了实现此接口所需的工作。Set接口是一种不包括重复元素的Collection，它维持它自己的内部排序，所以随机访问没有任何意义。 基本属性：
1 // 底层使用HashMap来保存HashSet中所有元素。
2 private transient HashMap<E, Object> map;
3
4 // 定义一个虚拟的Object对象作为HashMap的value，将此对象定义为static final。
5 private static final Object PRESENT = new Object();
构造函数： 从构造函数中可以看出HashSet所有的构造都是构造出一个新的HashMap，其中最后一个构造函数，为包访问权限是不对外公开，仅仅只在使用LinkedHashSet时才会发生作用。
# 2.HsahSet实现
因为HashSet是基于HashMap，所以对于HashSet，其方法的实现过程是非常简单的。
# 1. iterator()
iterator()方法 返回对此set中元素进行迭代的迭代器。返回元素的顺序并不是特定的。底层实际调用底层HashMap的keySet来返回所有的key。 可见HashSet中的元素，只是存放在了底层HashMap的key上， value使用一个static final的Object对象标识。
1 public Iterator<E> iterator() {
2 return map.keySet().iterator();
3 }
# 2.size()
返回此set中的元素的数量（set的容量）。底层实际调用HashMap的size()方法返回Entry的数量，就得到该Set中元素的个数,即HashMap容器的大小。
1 public int size() {
2 return map.size();
3 }
# 3.isEmpty()
isEmpty()判断HashSet()集合是否为空，如果此set不包含任何元素，则返回true。 底层实际调用HashMap的isEmpty()判断该HashSet是否为空。
1 public boolean isEmpty() {
2 return map.isEmpty();
3 }
# 4.contains(Object o)
contains()，判断某个元素是否存在于HashSet()中，存在返回true，否则返回false。更加确切的讲应该是要满足这种关系才能返回true：(o==null ? e==null : o.equals(e))。底层调用containsKey判断HashMap的key值是否为空。
1 public boolean contains(Object o) {
2 return map.containsKey(o);
3 }
# 5.add()
add()如果此 set 中尚未包含指定元素，则添加指定元素。如果此Set没有包含满足(e==null ? e2==null : e.equals(e2)) 的e2时，则将e2添加到Set中，否则不添加且返回false。由于底层使用HashMap的put方法将key = e，value=PRESENT构建成key-value键值对，当此e存在于HashMap的key中，则value将会覆盖原有value，但是key保持不变，所以如果将一个已经存在的e元素添加中HashSet中，新添加的元素是不会保存到HashMap中，所以这就满足了HashSet中元素不会重复的特性。
1 public boolean add(E e) {
2 return map.put(e, PRESENT) == null;
3 }
# 6.remove()
remove()如果指定元素存在于此 set 中，则将其移除。底层使用HashMap的remove方法删除指定的Entry。
1 public boolean remove(Object o) {
2 return map.remove(o) == PRESENT;
3 }
# 7.clear()
clear()从此 set 中移除所有元素。底层调用HashMap的clear方法清除所有的Entry。
1 public void clear() {
2 map.clear();
3 }
# 8.clone()
底层实际调用HashMap的clone()方法，获取HashMap的浅表副本,并没有复制这些元素本身。
1 public Object clone() {
2 try {
3 HashSet<E> newSet = (HashSet<E>) super.clone();
4 newSet.map = (HashMap<E, Object>) map.clone();
5 return newSet;
6 } catch (CloneNotSupportedException e) {
7 throw new InternalError();
8 }
9 }
# 【----------------------------】
# 二.HashTable原理及实现学习总结
有两个类都提供了一个多种用途的hashTable机制，他们都可以将可以key和value结合起来构成键值对通过put(key,value)方法保存起来，然后通过get(key)方法获取相对应的value值。一个是前面提到的HashMap，还有一个就是马上要讲解的HashTable。对于HashTable而言，它在很大程度上和HashMap的实现差不多，如果我们对HashMap比较了解的话，对HashTable的认知会提高很大的帮助。他们两者之间只存在几点的不同，这个后面会阐述。
# 1、定义
HashTable在Java中的定义如下：
1 public class Hashtable<K,V>
2 extends Dictionary<K,V>
3 implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable
从中可以看出HashTable继承Dictionary类，实现Map接口。其中Dictionary类是任何可将键映射到相应值的类（如 Hashtable）的抽象父类。每个键和每个值都是一个对象。在任何一个 Dictionary 对象中，每个键至多与一个值相关联。Map是"key-value键值对"接口。
HashTable采用"拉链法"实现哈希表，它定义了几个重要的参数：table、count、threshold、loadFactor、modCount。
table：为一个Entry[]数组类型，Entry代表了“拉链”的节点，每一个Entry代表了一个键值对，哈希表的"key-value键值对"都是存储在Entry数组中的。
count：HashTable的大小，注意这个大小并不是HashTable的容器大小，而是他所包含Entry键值对的数量。
threshold：Hashtable的阈值，用于判断是否需要调整Hashtable的容量。threshold的值="容量*加载因子"。
loadFactor：加载因子。
modCount：用来实现“fail-fast”机制的（也就是快速失败）。所谓快速失败就是在并发集合中，其进行迭代操作时，若有其他线程对其进行结构性的修改，这时迭代器会立马感知到，并且立即抛出ConcurrentModificationException异常，而不是等到迭代完成之后才告诉你（你已经出错了）。
# 2、构造方法
在HashTabel中存在5个构造函数。通过这5个构造函数我们构建出一个我想要的HashTable。
1 public Hashtable() {
2 this(11, 0.75f);
3 }
默认构造函数，容量为11，加载因子为0.75。
1 public Hashtable(int initialCapacity) {
2 this(initialCapacity, 0.75f);
3 }
用指定初始容量和默认的加载因子 (0.75) 构造一个新的空哈希表。
1 public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {
2 //验证初始容量
3 if (initialCapacity < 0)
4 throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
5 initialCapacity);
6 //验证加载因子
7 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
8 throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor);
9
10 if (initialCapacity==0)
11 initialCapacity = 1;
12
13 this.loadFactor = loadFactor;
14
15 //初始化table，获得大小为initialCapacity的table数组
16 table = new Entry[initialCapacity];
17 //计算阀值
18 threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
19 //初始化HashSeed值
20 initHashSeedAsNeeded(initialCapacity);
21 }
用指定初始容量和指定加载因子构造一个新的空哈希表。其中initHashSeedAsNeeded方法用于初始化hashSeed参数，其中hashSeed用于计算key的hash值，它与key的hashCode进行按位异或运算。这个hashSeed是一个与实例相关的随机值，主要用于解决hash冲突。
1 private int hash(Object k) {
2 return hashSeed ^ k.hashCode();
3 }
构造一个与给定的 Map 具有相同映射关系的新哈希表。
1 public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {
2 //设置table容器大小，其值==t.size * 2 + 1
3 this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);
4 putAll(t);
5 }
# 3、主要方法
HashTable的API对外提供了许多方法，这些方法能够很好帮助我们操作HashTable，但是这里我只介绍两个最根本的方法：put、get。
首先我们先看put方法：将指定 key 映射到此哈希表中的指定 value。注意这里键key和值value都不可为空。
1 public synchronized V put(K key, V value) {
2 // 确保value不为null
3 if (value == null) {
4 throw new NullPointerException(); //空指针异常
5 }
6
7 /*
8 * 确保key在table[]是不重复的
9 * 处理过程：
10 * 1、计算key的hash值，确认在table[]中的索引位置
11 * 2、迭代index索引位置，如果该位置处的链表中存在一个一样的key，则替换其value，返回旧值
12 */
13 Entry tab[] = table;
14 int hash = hash(key); //计算key的hash值
15 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; //确认该key的索引位置
16 //迭代，寻找该key，替换
17 for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
18 if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
19 V old = e.value;
20 e.value = value;
21 return old;
22 }
23 }
24
25 modCount++;
26 if (count >= threshold) { //如果容器中的元素数量已经达到阀值，则进行扩容操作
27 rehash();
28 tab = table;
29 hash = hash(key);
30 index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
31 }
32
33 // 在索引位置处插入一个新的节点
34 Entry<K,V> e = tab[index];
35 tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
36 //容器中元素+1
37 count++;
38 return null;
39 }
put方法的整个处理流程是：计算key的hash值，根据hash值获得key在table数组中的索引位置，然后迭代该key处的Entry链表（我们暂且理解为链表），若该链表中存在一个这个的key对象，那么就直接替换其value值即可，否则在将改key-value节点插入该index索引位置处。如下：
首先我们假设一个容量为5的table，存在8、10、13、16、17、21。他们在table中位置如下：
然后我们插入一个数：put(16,22)，key=16在table的索引位置为1，同时在1索引位置有两个数，程序对该“链表”进行迭代，发现存在一个key=16,这时要做的工作就是用newValue=22替换oldValue16，并将oldValue=16返回。
在put(33,33)，key=33所在的索引位置为3，并且在该链表中也没有存在某个key=33的节点，所以就将该节点插入该链表的第一个位置。
在HashTabled的put方法中有两个地方需要注意：
**1、**HashTable的扩容操作，在put方法中，如果需要向table[]中添加Entry元素，会首先进行容量校验，如果容量已经达到了阀值，HashTable就会进行扩容处理rehash()，如下:
1 protected void rehash() {
2 int oldCapacity = table.length;
3 //元素
4 Entry<K,V>[] oldMap = table;
5
6 //新容量=旧容量 * 2 + 1
7 int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
8 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
9 if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
10 return;
11 newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
12 }
13
14 //新建一个size = newCapacity 的HashTable
15 Entry<K,V>[] newMap = new Entry[];
16
17 modCount++;
18 //重新计算阀值
19 threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
20 //重新计算hashSeed
21 boolean rehash = initHashSeedAsNeeded(newCapacity);
22
23 table = newMap;
24 //将原来的元素拷贝到新的HashTable中
25 for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
26 for (Entry<K,V> old = oldMap[i] ; old != null ; ) {
27 Entry<K,V> e = old;
28 old = old.next;
29
30 if (rehash) {
31 e.hash = hash(e.key);
32 }
33 int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
34 e.next = newMap[index];
35 newMap[index] = e;
36 }
37 }
38 }
在这个rehash()方法中我们可以看到容量扩大两倍+1，同时需要将原来HashTable中的元素一一复制到新的HashTable中，这个过程是比较消耗时间的，同时还需要重新计算hashSeed的，毕竟容量已经变了。这里对阀值啰嗦一下：比如初始值11、加载因子默认0.75，那么这个时候阀值threshold=8，当容器中的元素达到8时，HashTable进行一次扩容操作，容量 = 11 * 2 + 1 =23，而阀值threshold=23*0.75 = 17，当容器元素再一次达到阀值时，HashTable还会进行扩容操作，一次类推。
**2、**其实这里是我的一个疑问，在计算索引位置index时，HashTable进行了一个与运算过程（hash & 0x7FFFFFFF）。下面是计算key的hash值，这里hashSeed发挥了作用。
1 private int hash(Object k) { 2 return hashSeed ^ k.hashCode(); 3 }
相对于put方法，get方法就会比较简单，处理过程就是计算key的hash值，判断在table数组中的索引位置，然后迭代链表，匹配直到找到相对应key的value,若没有找到返回null。
1 public synchronized V get(Object key) {
2 Entry tab[] = table;
3 int hash = hash(key);
4 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
5 for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
6 if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
7 return e.value;
8 }
9 }
10 return null;
11 }
# 4、HashTable与HashMap的区别
HashTable和HashMap存在很多的相同点，但是他们还是有几个比较重要的不同点。
**第一：**我们从他们的定义就可以看出他们的不同，HashTable基于Dictionary类，而HashMap是基于AbstractMap。Dictionary是什么？它是任何可将键映射到相应值的类的抽象父类，而AbstractMap是基于Map接口的骨干实现，它以最大限度地减少实现此接口所需的工作。
**第二：**HashMap可以允许存在一个为null的key和任意个为null的value，但是HashTable中的key和value都不允许为null。如下：
当HashMap遇到为null的key时，它会调用putForNullKey方法来进行处理。对于value没有进行任何处理，只要是对象都可以。
1 if (key == null)
2 return putForNullKey(value);
而当HashTable遇到null时，他会直接抛出NullPointerException异常信息。
1 if (value == null) {
2 throw new NullPointerException();
3 }
**第三：**Hashtable的方法是同步的，而HashMap的方法不是。所以有人一般都建议如果是涉及到多线程同步时采用HashTable，没有涉及就采用HashMap，但是在Collections类中存在一个静态方法：synchronizedMap()，该方法创建了一个线程安全的Map对象，并把它作为一个封装的对象来返回，所以通过Collections类的synchronizedMap方法是可以同步访问潜在的HashMap。
# 【----------------------------】
# 三.HashMap HashTable HashSet区别剖析总结
HashMap、HashSet、HashTable之间的区别是Java程序员的一个常见面试题目，并深入源代码进行分析：
在分析之前，先将其区别列于下面：
# 1、HashMap、HashSet、HashTable之间的区别
- 1、HashSet底层采用的是HashMap进行实现的，但是没有key-value，只有HashMap的key set的视图，HashSet不容许重复的对象
- Hashtable是基于Dictionary类的，而HashMap是基于Map接口的一个实现
- Hashtable里默认的方法是同步的，而HashMap则是非同步的，因此Hashtable是多线程安全的
- HashMap可以将空值作为一个表的条目的key或者value,HashMap中由于键不能重复，因此只有一条记录的Key可以是空值，而value可以有多个为空，但HashTable不允许null值(键与值均不行)
- 内存初始大小不同，HashTable初始大小是11，而HashMap初始大小是16
- 内存扩容时采取的方式也不同，Hashtable采用的是2old+1,而HashMap是2old。
- 哈希值的计算方法不同，Hashtable直接使用的是对象的hashCode,而HashMap则是在对象的hashCode的基础上还进行了一些变化
源代码分析：
对于区别1，看下面的源码
1 //HashSet类的部份源代码
2 public class HashSet<E>
3 extends AbstractSet<E>
4 implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
5 { //用于类的序列化，可以不用管它
6 static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;
7 //从这里可以看出HashSet类里面真的是采用HashMap来实现的
8 private transient HashMap<E,Object> map;
9
10 // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
11 //这里是生成一个对象，生成这个对象的作用是将每一个键的值均关联于此对象，以满足HashMap的键值对
12 private static final Object PRESENT = new Object();
13
14 /**
15 * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has
16 * default initial capacity (16) and load factor (0.75).
17 */
18 //这里是一个构造函数，开构生成一个HashMap对象，用来存放数据
19 public HashSet() {
20 map = new HashMap<E,Object>();
21 }
从上面的代码中得出的结论是HashSet的确是采用HashMap来实现的，而且每一个键都关键同一个Object类的对象，因此键所关联的值没有意义，真正有意义的是键。而HashMap里的键是不允许重复的，因此1也就很容易明白了。
对于区别2，继续看源代码如下
1 //从这里可以看得出Hashtable是继承于Dictionary,实现了Map接口
2 public class Hashtable<K,V>
3 extends Dictionary<K,V>
4 implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {
1 //这里可以看出的是HashMap是继承于AbstractMap类，实现了Map接口
2 //因此与Hashtable继承的父类不同
3 public class HashMap<K,V>
4 extends AbstractMap<K,V>
5 implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
区别3，找一个具有针对性的方法看看，这个方法就是put
1 //Hashtable里的向集体增加键值对的方法，从这里可以明显看到的是
2 //采用了synchronized关键字，这个关键字的作用就是用于线程的同步操作
3 //因此下面这个方法对于多线程来说是安全的，但这会影响效率
4 public synchronized V put(K key, V value) {
5 // Make sure the value is not null
6 //如果值为空的，则会抛出异常
7 if (value == null) {
8 throw new NullPointerException();
9 }
10
11 // Makes sure the key is not already in the hashtable.
12 Entry tab[] = table;
13 //获得键值的hashCode,从这里也可以看得出key!=null,否则的话会抛出异常的呦
14 int hash = key.hashCode();
15 //获取键据所在的哈希表的位置
16 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
17 //从下面这个循环中可以看出的是，内部实现采用了链表，即桶状结构
18 for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
19 //如果向Hashtable中增加同一个元素时，则会重新更新元素的值
20 if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
21 V old = e.value;
22 e.value = value;
23 return old;
24 }
25 }
26 //后面的暂时不用管它，大概的意思就是内存的个数少于某个阀值时，进行重新分配内存
27 modCount++;
28 if (count >= threshold) {
29 // Rehash the table if the threshold is exceeded
30 rehash();
31
32 tab = table;
33 index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
34 }
1 //HashMap中的实现则相对来说要简单的很多了，如下代码
2 //这里的代码中没有synchronize关键字，即可以看出，这个关键函数不是线程安全的
3 public V put(K key, V value) {
4 //对于键是空时，将向Map中放值一个null-value构成的键值对
5 //对值却没有进行判空处理，意味着可以有多个具有键，键所对应的值却为空的元素。
6 if (key == null)
7 return putForNullKey(value);
8 //算出键所在的哈希表的位置
9 int hash = hash(key.hashCode());
10 int i = indexFor(hash, table.length);
11 //同样从这里可以看得出来的是采用的是链表结构，采用的是桶状
12 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
13 Object k;
14 //对于向集体中增加具有相同键的情况时，这里可以看出，并不增加进去，而是进行更新操作
15 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
16 V oldValue = e.value;
17 e.value = value;
18 e.recordAccess(this);
19 return oldValue;
20 }
21 }
22 //开始增加元素
23 modCount++;
24 addEntry(hash, key, value, i);
25 return null;
26 }
区别4在上面的代码中，已经分析了，可以再细看一下
区别5内存初化大小不同，看看两者的源代码：
1 public Hashtable() {
2 //从这里可以看出，默认的初始化大小11，这里的11并不是11个字节，而是11个Entry,这个Entry是
3 //实现链表的关键结构
4 //这里的0.75代表的是装载因子
5 this(11, 0.75f);
6 }
1 //这里均是一些定义
2 public HashMap() {
3 //这个默认的装载因子也是0.75
4 this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
5 //默认的痤为0.75*16
6 threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
7 //这里开始是默认的初始化大小，这里大小是16
8 table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
9 init();
10 }
从上面的代码中，可以看出的是两者的默认大小是不同的，一个是11，一个是16
**区别6内存的扩容方式，**看一看源代码也是很清楚的，其实区别是不大的，一个是2oldCapacity+1, 一个是2oldCapacity,你说大吗:）
1 //Hashtable中调整内存的函数，这个函数没有synchronize关键字，但是protected呦
2 protected void rehash() {
3 //获取原来的表大小
4 int oldCapacity = table.length;
5 Entry[] oldMap = table;
6 //设置新的大小为2*oldCapacity+1
7 int newCapacity = oldCapacity * 2 + 1;
8 //开设空间
9 Entry[] newMap = new Entry[newCapacity];
10 //以下就不用管了。。。
11 modCount++;
12 threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
13 table = newMap;
14
15 for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
16 for (Entry<K,V> old = oldMap[i] ; old != null ; ) {
17 Entry<K,V> e = old;
18 old = old.next;
19
20 int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
21 e.next = newMap[index];
22 newMap[index] = e;
23 }
24 }
25 }
1 //HashMap中要简单的多了，看看就知道了
2 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
3 Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
4 table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
5 //如果超过了阀值
6 if (size++ >= threshold)
7 //就将大小设置为原来的2倍
8 resize(2 * table.length);
9 }
对于区别7的哈希值计算方法的不同：
1 //Hashtable中可以看出的是直接采用关键字的hashcode作为哈希值
2 int hash = key.hashCode();
3 //然后进行模运算，求出所在哗然表的位置
4 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
1 //HashMap中的实现
2 //这两行代码的意思是先计算hashcode,然后再求其在哈希表的相应位置
3 int hash = hash(key.hashCode());
4 int i = indexFor(hash, table.length);
上面的HashMap中可以看出关键在两个函数hash与indexFor
源码如下:
1 static int hash(int h) {
2 // This function ensures that hashCodes that differ only by
3 // constant multiples at each bit position have a bounded
4 // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
5 //这个我就不多说了，>>>这个是无符号右移运算符，可以理解为无符号整型
6 h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
7 return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
8 }
1 //求位于哈希表中的位置
2 static int indexFor(int h, int length) {
3 return h & (length-1);
# 参考文章
- https://www.cnblogs.com/midiyu/p/8127562.html
- https://www.cnblogs.com/midiyu/p/8127608.html
- https://www.cnblogs.com/midiyu/p/8127648.html
