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10. Java 中的 HashSet 和 HashMap 有什么区别？

news 来源：原创 2024/9/19 8:17:28

`HashSet` 和 `HashMap` 是 Java 集合框架中的两个重要类，它们都基于哈希表（Hash Table）实现，并且在许多方面共享类似的特性。然而，它们的用途和实现上有一些重要的区别。

HashSet:
- HashSet 是一个实现了 Set 接口的集合类，用于存储唯一的元素。集合中的元素不能重复。
- 它不保证集合的顺序（插入顺序也不保证），并且不允许存储 null 元素（在某些实现中允许一个 null 元素，但如果多次插入 null，也只会保留一个 null）。
- 主要用于需要确保元素唯一性的场景。
HashMap:
- HashMap 是一个实现了 Map 接口的集合类，用于存储键值对（key-value pair）。每个键是唯一的，但多个键可以映射到相同的值。
- HashMap 不保证键值对的顺序，也允许一个 null 键和多个 null 值。
- 主要用于需要通过键快速查找值的场景。

HashSet 的实现:
- HashSet 实际上是基于 HashMap 实现的。每当一个元素被添加到 HashSet 中时，HashSet 将这个元素作为 HashMap 的键存储，而 HashMap 的值是一个常量 PRESENT（通常是一个静态的 Object）。
```
private static final Object PRESENT = new Object();
private transient HashMap<E,Object> map;

public boolean add(E e) {return map.put(e, PRESENT) == null;
}
```
HashMap 的实现:
- HashMap 使用哈希表来存储键值对。键通过 hashCode() 方法计算哈希值，并且哈希冲突通过链表或红黑树处理（在 Java 8 及之后的版本中，链表长度超过一定阈值后会转换为红黑树）。

HashSet:
- add(E e): 添加元素到集合中，如果元素已经存在，则不改变集合，返回 false。
- remove(Object o): 从集合中删除指定元素，返回是否成功删除。
- contains(Object o): 检查集合中是否包含指定元素，返回 true 或 false。
- size(): 返回集合中元素的数量。
HashMap:
- put(K key, V value): 将键值对存储到 HashMap 中，如果键已经存在，则更新其对应的值，返回旧值。
- get(Object key): 根据键查找并返回对应的值，如果键不存在则返回 null。
- remove(Object key): 删除指定键及其对应的值，返回被删除的值。
- containsKey(Object key): 检查是否存在指定的键，返回 true 或 false。
- containsValue(Object value): 检查是否存在指定的值，返回 true 或 false。
- size(): 返回 HashMap 中键值对的数量。

HashSet 的典型使用场景:
- 当需要存储一组唯一的元素时，如：去除列表中的重复值、检查某个元素是否存在于集合中等。
```
HashSet<String> set = new HashSet<>();
set.add("Apple");
set.add("Banana");
set.add("Apple"); // 该操作不会重复添加 "Apple"
```

HashMap 的典型使用场景:

HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("Apple", 1);
map.put("Banana", 2);
int count = map.get("Apple"); // 返回 1

时间复杂度：
- HashSet 和 HashMap 的常见操作（如 add、remove、contains）的平均时间复杂度都是 O(1)，但在最坏情况下（哈希冲突严重）可能退化为 O(n)。
- HashMap 的查找和插入操作由于涉及键值对，性能可能稍微复杂一些，但总体而言与 HashSet 类似。
空间复杂度：
- HashMap 由于存储了键值对，因此比 HashSet 占用更多的内存空间。

HashSet 用于存储唯一的元素，内部使用 HashMap 实现，其主要关注的是元素的唯一性和快速查找。
HashMap 用于存储键值对，支持通过键快速访问值，并允许一个键对应一个值。
选择 HashSet 还是 HashMap 主要取决于你的需求：如果只需要唯一的元素集合，选择 HashSet；如果需要通过键来映射和查找值，选择 HashMap。