Java中Set集合是如何实现添加元素保证不重复的？

Set集合是一个无序的不可以重复的集合。今天来看一下为什么不可以重复。

Set是一个接口，最常用的实现类就是HashSet，今天我们就拿HashSet为例。

先简单介绍一下HashSet类

HashSet类实现了Set接口，其底层其实是包装了一个HashMap去实现的。HashSet采用HashCode算法来存取集合中的元素，因此具有比较好的读取和查找性能。

先看下HashSet的几个构造方法。

// 默认构造函数 底层创建一个HashMap
    public HashSet() {
        // 调用HashMap的默认构造函数，创建map
        map = new HashMap();
    }
    // 带集合的构造函数
    public HashSet(Collection c) {
        // 创建map。
        map = new HashMap(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
        // 将集合(c)中的全部元素添加到HashSet中
        addAll(c);
    }
    // 指定HashSet初始容量和加载因子的构造函数
    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        map = new HashMap(initialCapacity, loadFactor);
    }
    // 指定HashSet初始容量的构造函数
    public HashSet(int initialCapacity) {
        map = new HashMap(initialCapacity);
    }
    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
        map = new LinkedHashMap(initialCapacity, loadFactor);
    }

再来看HashSet中的声明。

private transient HashMap map;
 // 用来匹配Map中后面的对象的一个虚拟值
private static final Object PRESENT = new Object();

接下来就是我们的重点HashSet的add()方法，贴上源码。

/**
     * 将元素e添加到HashSet中，也就是将元素e作为Key放入HashMap中
     *
     * @param e 要添加到HashSet中的元素
     * @return true 如果不包含该元素
     */
    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }

从源码我们可以看出HashSet的add()方法又调用了HashMap中的put()方法，那我们再跳转到HashMap中的put()方法中。

public V put(K key, V value) {
        // 倒数第二个参数false：表示允许旧值替换
        // 最后一个参数true：表示HashMap不处于创建模式
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

HashMap中的put()方法又调用了putVal()方法来实现功能，再看putVal()的源码。

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node[] tab;
        Node p;
        int n, i;
        //如果哈希表为空，调用resize()创建一个哈希表，并用变量n记录哈希表长度
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        /**
         * 如果指定参数hash在表中没有对应的桶，即为没有碰撞
         * Hash函数，(n - 1) & hash 计算key将被放置的槽位
         * (n - 1) & hash 本质上是hash % n，位运算更快
         */
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            //直接将键值对插入到map中即可
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {// 桶中已经存在元素
            Node e;
            K k;
            // 比较桶中第一个元素(数组中的结点)的hash值相等，key相等
            if (p.hash == hash &&
                    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                // 将第一个元素赋值给e，用e来记录
                e = p;
                // 当前桶中无该键值对，且桶是红黑树结构，按照红黑树结构插入
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode) p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
                // 当前桶中无该键值对，且桶是链表结构，按照链表结构插入到尾部
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    // 遍历到链表尾部
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        // 检查链表长度是否达到阈值，达到将该槽位节点组织形式转为红黑树
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    // 链表节点的与put操作相同时，不做重复操作，跳出循环
                    if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            // 找到或新建一个key和hashCode与插入元素相等的键值对，进行put操作
            if (e != null) { // existing mapping for key
                // 记录e的value
                V oldValue = e.value;
                /**
                 * onlyIfAbsent为false或旧值为null时，允许替换旧值
                 * 否则无需替换
                 */
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                // 访问后回调
                afterNodeAccess(e);
                // 返回旧值
                return oldValue;
            }
        }
        // 更新结构化修改信息
        ++modCount;
        // 键值对数目超过阈值时，进行rehash
        if (++size > threshold)
            resize();
        // 插入后回调
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

从源码中，我们可以看出将一个key-value对放入HashMap中时，首先根据key的hashCode()返回值决定该Entry的存储位置，如果两个key的hash值相同，那么它们的存储位置相同。如果这个两个key的equals比较返回true。那么新添加的Entry的value会覆盖原来的Entry的value，key不会覆盖。且HashSet中add()中 map.put(e, PRESENT)==null 为false，HashSet添加元素失败。因此,如果向HashSet中添加一个已经存在的元素，新添加的集合元素不会覆盖原来已有的集合元素。