Java8 HashSet让排序更简单

背景

当我们谈起Java8新特性时(相较于Java7),受关注最多的往往是lambada表达式、方法引用等,但其实对我们一些不易察觉的优化点正切实影响着我们的编程方式。
例如,本文要讲的HashSet元素顺序。

众所周知,

  • List保证元素的添加顺序,元素可重复
  • Set不保证元素的添加顺序,元素不可重复

但“不保证有序”≠“保证无序”,且此处的“有序”指的是“元素添加顺序”,也就是说不能信任HashSet对元素的排序(所以通常我们使用TreeSet类型保证元素顺序,LinkedHashSet类型保证插入顺序)

不过如果你在"jdk1.8.*"下遍历HashSet<Integer>时,会惊奇的发现,整数元素居然是有序的:

遍历HashSet<Integer> 0-99

甚至是字母:

遍历HashSet<String> a-f

我们来看源码:

// HashSet.java
// 会发现HashSet.add实际调用的是HashMap.put
public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}

// HashMap.java
// 调用内部final方法putVal
public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

/**
 * @param hash 计算出来key的hash值
 * @param key key的值
 * @param value value的值
 * @param onlyIfAbsent 当为true的时候,如果key对应有值,则不修改这个值
 * @param evict 当为false时,表示这个处于创建模式,现在由于afterNodeInsertion中什么都没有,这里没有实际意
 *           evict参数用于LinkedHashMap中的尾部操作
 */
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    //判断当table为null或者tab的长度为0时,即table尚未初始化,此时通过resize()方法得到初始化的table
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    //当p为null时,表明tab[i]上没有任何元素,那么接下来就new第一个Node节点,调用newNode方法返回新节点赋值给tab[i]
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node<K,V> e; K k;
        //HashMap中判断key相同的条件是key的hash相同,并且符合equals方法。这里判断了p.key是否和插入的key相等,如果相等,则将p的引用赋给e
        //这里为什么要把p赋值给e,而不是直接覆盖原值呢?答案很简单,现在我们只判断了第一个节点,后面还可能出现key相同,所以需要在最后一并处理
        if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        else if (p instanceof TreeNode)
            //现在开始了第一种情况,p是红黑树节点,那么肯定插入后仍然是红黑树节点,所以我们直接强制转型p后调用TreeNode.putTreeVal方法,返回的引用赋给e
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                //最后一个参数为新节点的next,这里传入null,保证了新节点继续为该链表的末端
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    //插入成功后,要判断是否需要转换为红黑树,因为插入后链表长度加1,而binCount并不包含新节点,所以判断时要将临界阈值减1
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                //在遍历链表的过程中,我之前提到了,有可能遍历到与插入的key相同的节点,此时只要将这个节点引用赋值给e,最后通过e去把新的value覆盖掉就可以了
                if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        //行注释为jdk自带注释,说的很明白了,针对已经存在key的情况做处理
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    //收尾工作,值得一提的是,对key相同而覆盖oldValue的情况,在前面已经return,不会执行这里,所以那一类情况不算数据结构变化,并不改变modCount值
    ++modCount;
    //当HashMap中存在的node节点大于threshold时,hashmap进行扩容
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

可见,当HashMap中存在的node节点小于等于threshold时,hashMap不会扩容,新增元素时,会根据key的Hash插入到对应位置。
已知HashMap的默认数组长度为16,默认负载因子是0.75,所以只要保证initalCapacity > 实际长度/0.75,即可保证元素顺序。

这一特性在算法设计实际业务中都有应用

算法设计中:

1-100取10个不同随机数并排序:
以往写法:

// 1. 声明容量为10的整数数组或集合
// 2. 循环或递归装载10个随机数
// 3. 各式排序算法挑选一种
// 4. 遍历打印

而现在只需:

while (nums.size() < 10) {
  nums.add((int) Math.floor(Math.random() * 100));
}

由于Set不允许元素重复,相同的会add失败,同时jdk1.8支持元素排序(下面详细讲),只需三行代码即可实现。

实际业务中:

原来的例子不好,待补充。。

总结

念念不忘,必有回响。我是在重写排序算法实现时发现了这一特性,原本100多行的代码缩短到60多行,初始化集合时也不必再依赖递归等方式,专注源于兴趣,继续加油吧。

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