HashSet通过哈希表实现元素唯一性，添加元素时自动去重，适用于快速查找、去重及集合操作，但需重写自定义类的hashCode与equals方法以确保正确性。
Java中要存储唯一元素，
HashSet
无疑是首选，它通过其内部的哈希机制确保了集合中不会出现重复项。你只需要将元素添加到
HashSet
中，它就会自动处理去重逻辑。
解决方案
HashSet
是java集合框架中
Set
接口的一个实现，它底层基于哈希表（
HashMap
）实现。当你向
HashSet
中添加一个元素时，它会先计算该元素的哈希码（
hashCode()
方法），然后根据哈希码找到存储位置。接着，它会检查该位置是否已经存在一个与新元素“相等”（
equals()
方法）的元素。如果存在，新元素就不会被添加进来；如果不存在，新元素才会被成功加入。这个过程是自动且高效的。
这里有个简单的例子，展示了
HashSet
如何工作：
import java.util.HashSet; import java.util.Set; public class UniqueElementsExample { public static void main(String[] args) { Set<String> uniqueNames = new HashSet<>(); System.out.println("尝试添加元素..."); // 添加一些字符串 System.out.println("添加 'Alice': " + uniqueNames.add("Alice")); // 第一次添加，通常返回true System.out.println("添加 'Bob': " + uniqueNames.add("Bob")); System.out.println("添加 'Alice' (重复): " + uniqueNames.add("Alice")); // 重复添加，返回false System.out.println("添加 'Charlie': " + uniqueNames.add("Charlie")); System.out.println("添加 'Bob' (重复): " + uniqueNames.add("Bob")); // 重复添加，返回false System.out.println("nHashSet中的唯一元素:"); for (String name : uniqueNames) { System.out.println(name); } System.out.println("nHashSet的大小: " + uniqueNames.size()); // 预期大小为3 } }
运行这段代码，你会发现输出结果中“Alice”和“Bob”只出现了一次，
HashSet
的大小也是3，而不是5。这正是
HashSet
的魅力所在，它在后台默默地为你处理了元素的唯一性。
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自定义对象在HashSet中如何保证唯一性？
对于像
String
、
这类Java内置类型，它们已经正确地重写了
hashCode()
和
equals()
方法，所以直接放入
HashSet
就能保证唯一性。但当我们处理自定义对象时，情况就有些不同了。如果你直接将自定义对象放入
HashSet
，很可能会发现即使内容完全相同的两个对象也被视为不同的元素，因为
类默认的
hashCode()
和
equals()
方法是基于对象的内存地址来判断的。
要让
HashSet
正确识别自定义对象的唯一性，你必须在自定义类中重写
hashCode()
和
equals()
方法。这是Java中一个非常重要的契约：如果两个对象
equals()
返回
true
，那么它们的
hashCode()
值必须相同。反之，如果
hashCode()
值相同，
equals()
不一定返回
true
（这会导致哈希冲突，但仍能通过
equals
判断唯一性）。
举个例子，假设我们有一个
Person
类：
class Person { private String name; private int age; public Person(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } public String getName() { return name; } public int getAge() { return age; } @Override public String toString() { return "Person{" + "name='" + name + ''' + ", age=" + age + '}'; } // 默认情况下，HashSet会认为两个内容相同的Person对象是不同的 // 因为它们在内存中的地址不同。 // 必须重写hashCode()和equals() @Override public boolean equals(Object o) { if (this == o) return true; if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false; Person person = (Person) o; return age == person.age && name.equals(person.name); } @Override public int hashCode() { // 通常使用Objects.hash()来生成哈希码，它会综合考虑所有参与equals比较的字段 return java.util.Objects.hash(name, age); } }
在上面的
Person
类中，我们重写了
equals()
和
hashCode()
。
equals()
方法现在会比较
name
和
age
字段是否相同，而
hashCode()
则会基于这两个字段生成一个哈希码。这样，当
HashSet
处理
Person
对象时，它就能正确地判断两个
Person
对象是否“相等”，从而保证了集合中
Person
对象的唯一性。
如果你忘记重写或者重写不当，比如只重写了
equals()
而没有重写
hashCode()
，那么程序在运行时可能会出现意想不到的行为，甚至导致
HashSet
无法正常工作，因为哈希码的冲突处理机制会失效。所以，这两个方法总是应该一起重写，并且遵循它们之间的契约。
HashSet的性能特点和适用场景是什么？
HashSet
以其出色的性能，在许多场景下都表现得游刃有余。它的核心优势在于查找、添加和删除操作的平均时间复杂度都是O(1)。这意味着无论集合中有多少元素，这些操作的耗时理论上都是常数级别的，非常快。当然，这是在没有大量哈希冲突的理想情况下。如果哈希函数设计不佳导致大量冲突，最坏情况下性能可能会退化到O(n)。
性能特点：
- 快速查找、添加、删除： 平均O(1)时间复杂度，这得益于哈希表的数据结构。
- 无序性：
HashSet
不保证元素的存储顺序，你不能指望迭代时元素会按照添加的顺序或者任何特定顺序出现。
- 非线程安全：
HashSet
不是线程安全的。在多线程环境下，如果多个线程同时修改
HashSet
，可能会导致数据不一致或运行时错误。如果需要线程安全，可以使用
Collections.synchronizedSet(new HashSet<>())
或
java.util.concurrent.ConcurrentHashMap
的键集（
keySet()
）。
- 空间换时间： 为了实现O(1)的平均时间复杂度，
HashSet
通常会占用比
ArrayList
更多的内存空间，因为它需要存储哈希表结构以及可能存在的空槽。
适用场景：
- 去重： 这是
HashSet
最典型的应用。当你有一个包含重复元素的列表，想快速得到一个只包含唯一元素的新列表时，
HashSet
是最佳选择。
- 快速判断元素是否存在： 如果你需要频繁地检查某个元素是否在集合中，
HashSet
的
contains()
方法效率极高。
Set<String> dictionary = new HashSet<>(Arrays.asList("cat", "dog", "bird")); boolean found = dictionary.contains("dog"); // O(1)查找 - 实现缓存： 比如，记录已经处理过的ID，避免重复处理。
- 数学集合操作： 比如计算两个集合的交集、并集、差集，
HashSet
提供了便捷的方法（如
retainAll()
,
addAll()
,
removeAll()
）。
总的来说，当你关注元素的唯一性，并且需要对元素进行快速的添加、删除和查找操作，同时对元素的顺序没有要求时，
HashSet
是一个非常强大且高效的选择。理解它的工作原理，尤其是
hashCode()
和
equals()
的契约，能帮助你更好地驾驭它，避免在处理自定义对象时踩坑。
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