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面试官：讲讲 HashSet 的底层实现？

HashSet 是 Java 集合框架中用于存储唯一元素的高效数据结构，其底层实现基于 HashMap。以下是其核心实现细节：

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一、底层数据结构

• 依赖关系：
  HashSet 内部维护了一个 HashMap 实例，通过操作 HashMap 的键（Key）来存储元素，而值（Value）统一为固定的 虚拟对象（PRESENT）。

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

• 元素存储：
  添加元素时，元素本身作为 HashMap 的键，而值固定为 PRESENT。

  public boolean add(E e) {
      return map.put(e, PRESENT) == null; // 若返回 null，说明键不存在，添加成功
  }
  

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二、核心特性

1. 唯一性保证：

   • 依赖 HashMap 键的唯一性机制，通过 equals() 和 hashCode() 判断元素是否重复。
   • 若两个元素的 hashCode() 相同且 equals() 返回 true，则视为重复，无法添加。

2. 无序性：

   • 元素的存储和遍历顺序由 HashMap 的哈希分布决定，不保证任何顺序（如插入顺序或自然顺序）。
   • 若需有序性，可使用 LinkedHashSet（维护插入顺序）或 TreeSet（自然排序）。

3. 线程不安全：

   • 与 HashMap 类似，多线程并发操作可能导致数据不一致。
   • 解决方案：

     Set<String> syncSet = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());
     

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三、性能分析

操作	时间复杂度	说明
添加（add）	平均 O(1)，最差 O(n)	哈希冲突少时接近 O(1)，冲突多时退化为链表或红黑树（JDK 8+）。
删除（remove）	平均 O(1)，最差 O(n)	与添加类似，依赖哈希冲突情况。
查询（contains）	平均 O(1)，最差 O(n)	直接通过哈希定位桶，遍历链表或树。

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四、关键参数与优化

1. 初始容量（Initial Capacity）

   • 默认值：16，表示哈希表的初始桶数量。
   • 设置建议：预估元素数量，避免频繁扩容（如 new HashSet<>(100)）。

2. 负载因子（Load Factor）

   • 默认值：0.75，表示当元素数量达到 容量 × 负载因子 时触发扩容。
   • 扩容规则：容量翻倍（如 16 → 32），重新哈希所有元素。

3. 哈希冲突处理

   • JDK 8 优化：链表长度 ≥8 且容量 ≥64 时，链表转为红黑树；树节点 ≤6 时退化为链表。

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五、与 HashMap 的关系

维度	HashSet	HashMap
存储内容	仅存储键（Key）	存储键值对（Key-Value）
唯一性判断	依赖键的 equals() 和 hashCode()	同 HashSet
内存占用	更小（无冗余 Value 存储）	更大（需存储 Value）

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六、示例代码

Set<String> set = new HashSet<>();
set.add("Apple");
set.add("Banana");
set.add("Apple"); // 重复元素，添加失败

System.out.println(set); // 输出：[Apple, Banana]（顺序不固定）

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• 底层机制：HashSet 通过复用 HashMap 的键唯一性实现元素去重。
• 适用场景：高频插入、删除和唯一性校验场景（如缓存去重、黑名单过滤）。
• 注意事项：合理设置初始容量和负载因子以优化性能，多线程环境需额外同步。