1. HashSet继承关系

HashSet继承关系图

2. HashSet概述

HashSet 实现了由hash表支持的 Set 接口（实际上是一个HashMap实例），它不保证集合的迭代顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。HashSet 允许使用 null 元素。

3.HashSet实现

对于 HashSet 而言，它是基于 HashMap 实现的，HashSet 底层使用 HashMap 来保存所有元素，因此 HashSet 的实现比较简单，相关 HashSet 的操作，基本上都是直接调用底层 HashMap 的相关方法来完成的。

（1）HashSet基本属性

底层使用 HashMap 来保存所有元素：HashMap<E,Object> map
定义一个虚拟的对象作为 HashMap 的 value：Object PRESENT = new Object()

public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;

    // 使用HashMap来保存元素
    private transient HashMap<E,Object> map;

    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map（要与支持映射中的对象关联的伪值）
    private static final Object PRESENT = new Object();
......

（2）构造方法

1）public HashSet()

默认无参构造器，构造一个空集合。

注意：底层实际初始化了一个默认容量为 16，负载因子为 0.75 的空HashMap

    /**
     * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has
     * default initial capacity (16) and load factor (0.75).
     */
    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }

2）public HashSet(Collection<? extends E> c)

构造一个包含指定collection中的元素的集合。
底层实际创建了一个默认负载因子为0.75和足以容纳指定collection中所有元素的初始容量的HashMap。
初始容量设置：指定集合除以0.75与16比较取最大值 Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16)。

    /**
     * Constructs a new set containing the elements in the specified
     * collection.  The <tt>HashMap</tt> is created with default load factor
     * (0.75) and an initial capacity sufficient to contain the elements in
     * the specified collection.
     *
     * @param c the collection whose elements are to be placed into this set
     * @throws NullPointerException if the specified collection is null
     */
    public HashSet(Collection<? extends E> c) {
        map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
        addAll(c);
    }

3）public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor)

构造指定容量和负载因子的空集合。
底层实际创建了一个指定容量和负载因子的HashMap。

    /**
     * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has
     * the specified initial capacity and the specified load factor.
     *
     * @param      initialCapacity   the initial capacity of the hash map
     * @param      loadFactor        the load factor of the hash map
     * @throws     IllegalArgumentException if the initial capacity is less
     *             than zero, or if the load factor is nonpositive
     */
    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }

4）public HashSet(int initialCapacity)

构造指定容量的空集合。
底层实际创建了一个指定容量以及默认负载因子为0.75的空集合。

    /**
     * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has
     * the specified initial capacity and default load factor (0.75).
     *
     * @param      initialCapacity   the initial capacity of the hash table
     * @throws     IllegalArgumentException if the initial capacity is less
     *             than zero
     */
    public HashSet(int initialCapacity) {
        map = new HashMap<>(initialCapacity);
    }

5）HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy)

构造一个指定容量和负载因子的空链表哈希集合。此构造函数为包访问权限，不对外公开，实际只是对LinkedHashSet的支持。
底层实际创建了一个指定容量和负载因子的空LinkedHashMap。

    /**
     * Constructs a new, empty linked hash set.  (This package private
     * constructor is only used by LinkedHashSet.) The backing
     * HashMap instance is a LinkedHashMap with the specified initial
     * capacity and the specified load factor.
     *
     * @param      initialCapacity   the initial capacity of the hash map
     * @param      loadFactor        the load factor of the hash map
     * @param      dummy             ignored (distinguishes this
     *             constructor from other int, float constructor.)
     * @throws     IllegalArgumentException if the initial capacity is less
     *             than zero, or if the load factor is nonpositive
     */
    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
        map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }

（3）迭代器

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。

注意：底层实际调用 HashMap 的keySet()来返回所有的key，可见 HashSet 中元素只是存放在了底层 HashMap 的key上。

    /**
     * Returns an iterator over the elements in this set.  The elements
     * are returned in no particular order.
     *
     * @return an Iterator over the elements in this set
     * @see ConcurrentModificationException
     */
    public Iterator<E> iterator() {
        return map.keySet().iterator();
    }

（4）元素包含

判断集合set中是否包含指定元素。实际上是判断set中包含一个元素e，满足(o==null?e==null:o.equals(e))时，返回true。
底层实际使用HashaMap的containsKey(o)方法判断。

    /**
     * Returns <tt>true</tt> if this set contains the specified element.
     * More formally, returns <tt>true</tt> if and only if this set
     * contains an element <tt>e</tt> such that
     * <tt>(o==null&nbsp;?&nbsp;e==null&nbsp;:&nbsp;o.equals(e))</tt>.
     *
     * @param o element whose presence in this set is to be tested
     * @return <tt>true</tt> if this set contains the specified element
     */
    public boolean contains(Object o) {
        return map.containsKey(o);
    }

（5）添加元素

如果此set中不包含指定元素，则添加该元素到集合中。实际上是判断set中不包含一个元素e，满足(o==null?e==null:o.equals(e))时，向set中添加元素。
底层实际是调用方法map.put(e, PRESENT)，将该元素的 key 放入 hashMap，由于 HashMap 的 put 放入 key-value 时，当新放入 HashMap 的 Entry 中 key 与集合中原有 Entry 中 key 相同（key.hashCode()返回值相等，通过equals()比较也返回true），新添加的Entry的value值会覆盖原来的Entry的value值，但key不会变化。

结论：如果向HashSet中添加已经存在的元素时，新添加的元素不会被放入HashMap中，原来的元素也不会有任何改变，这就满足了set中元素不重复的特性。

    /**
     * Adds the specified element to this set if it is not already present.
     * More formally, adds the specified element <tt>e</tt> to this set if
     * this set contains no element <tt>e2</tt> such that
     * <tt>(e==null&nbsp;?&nbsp;e2==null&nbsp;:&nbsp;e.equals(e2))</tt>.
     * If this set already contains the element, the call leaves the set
     * unchanged and returns.
     *
     * @param e element to be added to this set
     * @return <tt>true</tt> if this set did not already contain the specified
     * element
     */
    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }

（6）删除元素

如果此set中包含指定元素，则将该元素移除。实际上是判断set中包含一个元素e，满足(o==null?e==null:o.equals(e))时，将其移除。
底层实际调用 HashMap 的remove()方法删除Entry。

    /**
     * Removes the specified element from this set if it is present.
     * More formally, removes an element <tt>e</tt> such that
     * <tt>(o==null&nbsp;?&nbsp;e==null&nbsp;:&nbsp;o.equals(e))</tt>,
     * if this set contains such an element.  Returns <tt>true</tt> if
     * this set contained the element (or equivalently, if this set
     * changed as a result of the call).  (This set will not contain the
     * element once the call returns.)
     *
     * @param o object to be removed from this set, if present
     * @return <tt>true</tt> if the set contained the specified element
     */
    public boolean remove(Object o) {
        return map.remove(o)==PRESENT;
    }

（7）清空集合

移除set中所有元素。底层实际调用HashMap的clear()方法清空所有元素。

    /**
     * Removes all of the elements from this set.
     * The set will be empty after this call returns.
     */
    public void clear() {
        map.clear();
    }

（8）复制

返回此HashSet实例的浅表副本，并没有复制这些元素本身。底层实际调用HashMap的clone()方法，获取HashMap的浅表副本，并设置到HashSet中。

    /**
     * Returns a shallow copy of this <tt>HashSet</tt> instance: the elements
     * themselves are not cloned.
     *
     * @return a shallow copy of this set
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public Object clone() {
        try {
            HashSet<E> newSet = (HashSet<E>) super.clone();
            newSet.map = (HashMap<E, Object>) map.clone();
            return newSet;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new InternalError(e);
        }
    }

4. 说明

相关 HashMap 的实现原理，请参考Java集合 - HashMap。
对于 HashSet 中保存的对象，请注意正确重写其 equals() 和 hashCode() 方法，以保证放入的对象的唯一性。

Java集合 - HashSet