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详细介绍一下 HashSet

当然可以！我们来系统性地、通俗易懂地介绍一下 Java 中的 HashSet。

✅ 一句话总结

HashSet 是一个基于 HashMap 实现的 不允许元素重复、无序、查找超快 的集合。

它是集合框架中最常用的“去重神器”。

🧠 基本特性

特性	说明
底层结构	基于 `HashMap` 实现，所有元素都作为 `Map` 的 key
无序	元素插入顺序不保证（不像 `LinkedHashSet`）
元素唯一性	不允许重复元素，判断依据是：`equals()` + `hashCode()`
允许 null 值	最多只能存一个 `null` 元素
非线程安全	多线程环境下需手动同步或用 `ConcurrentHashMap`

🔧 底层原理简述

HashSet 本质上就是使用了一个 HashMap<K, Object> 来存储数据。每个插入的元素是 map.put(element, PRESENT)。

private transient HashMap<E,Object> map;
private static final Object PRESENT = new Object();

所有元素都是作为 HashMap 的 key 来保存
value 统一使用一个哑对象 PRESENT（内容无关）

插入过程等价于：

HashSet<String> set = new HashSet<>();
set.add("hello");

// 等价于：
HashMap<String, Object> map = new HashMap<>();
map.put("hello", PRESENT);

🔢 常用方法

Set<String> set = new HashSet<>();

set.add("apple");
set.add("banana");
set.add("apple"); // 不会重复添加

set.contains("apple"); // true
set.remove("banana");

System.out.println(set); // [apple]

📌 元素为什么不能重复？

关键在于 HashMap 的 key 不能重复：

插入时调用元素的 hashCode() 计算哈希桶位置
如果有冲突，则使用 equals() 判断是否相等

也就是说：

你放进 HashSet 的类，一定要正确重写 hashCode() 和 equals() 方法，否则可能出现重复元素。

例子：

class Person {
    String name;
    int age;

    // ❌ 如果不重写 equals/hashCode，HashSet 会当成两个不同对象
}

Set<Person> set = new HashSet<>();
set.add(new Person("Tom", 18));
set.add(new Person("Tom", 18)); // 会当成不同对象添加进去

✅ 正确方式：

@Override
public boolean equals(Object o) { ... }

@Override
public int hashCode() { ... }

🧮 时间复杂度分析

操作	复杂度（平均）	说明
add()	O(1)	哈希定位+链表/树处理
remove()	O(1)
contains()	O(1)
遍历	O(n)	无序遍历

如果哈希函数设计不好 → 大量冲突 → 性能退化为 O(n)

🧪 扩容机制

和 HashMap 一样，HashSet 也有：

初始容量：默认 16
加载因子：默认 0.75
阈值：达到容量 × 加载因子就会扩容（变为原来的 2 倍）
扩容时元素会重新 hash 分配位置

🚩 和其他 Set 的区别

类型	底层实现	特点
`HashSet`	`HashMap`	无序、允许 null
`LinkedHashSet`	`LinkedHashMap`	有序（插入顺序）
`TreeSet`	红黑树（`TreeMap`）	自动排序，不允许 null
`CopyOnWriteArraySet`	Array	线程安全、适合读多写少

🧠 面试常考知识点

问题	回答简要
HashSet 是否线程安全？	否。需要手动加锁或用 `Collections.synchronizedSet()`
如何判断元素是否重复？	`hashCode()` + `equals()`
HashSet 能存 null 吗？	可以，但最多一个 null
底层结构是什么？	基于 `HashMap`，元素是 key，value 是统一哑对象
如何遍历 HashSet？	使用 `for-each`、`Iterator`、`stream()` 等方式

🎯 示例：正确使用 HashSet 存储自定义对象

class Person {
    String name;
    int age;

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (!(o instanceof Person)) return false;
        Person p = (Person) o;
        return age == p.age && Objects.equals(name, p.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }
}

Set<Person> set = new HashSet<>();
set.add(new Person("Tom", 18));
set.add(new Person("Tom", 18)); // 不会重复添加

📦 总结：HashSet 的优缺点

优点	缺点
插入、查找快（O(1)）	无序、不支持按序遍历
自动去重	元素必须实现 hashCode/equals
内存消耗适中	多线程下需要额外处理同步

如果你还想了解：

HashSet 是如何扩容的？
LinkedHashSet / TreeSet 有什么使用场景？
HashSet 的源码解析（如 add() 方法底层）

我都可以继续详细讲下去 😄 你感兴趣哪个方向？

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Hash-13-聊一聊哈希数据结构之 HashSet