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= Java HashSet =
'''HashSet'''是Java集合框架（Java Collections Framework）中<code>Set</code>接口的一个实现类，它使用哈希表（Hash Table）作为存储结构。HashSet不保证元素的顺序，且不允许重复元素。它是基于<code>HashMap</code>实现的，但只存储键（key）而不存储值（value）。

== 核心特性 ==
* '''无序性'''：元素存储顺序与插入顺序无关。
* '''唯一性'''：不允许重复元素（基于<code>equals()</code>和<code>hashCode()</code>方法判断）。
* '''高效性'''：添加、删除和查找操作的平均时间复杂度为O(1)。
* '''非线程安全'''：需手动同步或使用<code>Collections.synchronizedSet()</code>包装。

== 实现原理 ==
HashSet内部通过<code>HashMap</code>实现。当添加元素时，元素作为<code>HashMap</code>的键（key），而值（value）统一为一个静态常量<code>PRESENT</code>。

<mermaid>
classDiagram
    class HashSet {
        -map: HashMap
        +add(e: E): boolean
        +remove(o: Object): boolean
        +contains(o: Object): boolean
    }
    class HashMap {
        +put(key: K, value: V): V
    }
    HashSet --> HashMap : 内部委托
</mermaid>

== 基本操作示例 ==
以下代码展示HashSet的常见操作：

<syntaxhighlight lang="java">
import java.util.HashSet;

public class HashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建HashSet
        HashSet<String> languages = new HashSet<>();

        // 添加元素
        languages.add("Java");
        languages.add("Python");
        languages.add("C++");
        System.out.println("初始集合: " + languages); // 输出顺序可能不同

        // 重复元素测试
        boolean added = languages.add("Java");
        System.out.println("能否重复添加'Java'? " + added); // false

        // 删除元素
        languages.remove("C++");
        System.out.println("删除后: " + languages);

        // 检查元素存在性
        System.out.println("包含Python? " + languages.contains("Python"));
    }
}
</syntaxhighlight>

'''输出示例'''：
<pre>
初始集合: [Java, C++, Python]
能否重复添加'Java'? false
删除后: [Java, Python]
包含Python? true
</pre>

== 关键方法详解 ==
{| class="wikitable"
! 方法 !! 描述 !! 时间复杂度
|-
| <code>boolean add(E e)</code> || 添加元素（若不存在） || O(1)
|-
| <code>boolean remove(Object o)</code> || 删除指定元素 || O(1)
|-
| <code>boolean contains(Object o)</code> || 检查元素是否存在 || O(1)
|-
| <code>int size()</code> || 返回元素数量 || O(1)
|-
| <code>void clear()</code> || 清空集合 || O(n)
|}

== 哈希冲突处理 ==
当不同对象的哈希码（通过<code>hashCode()</code>计算）相同时，HashSet使用'''链地址法'''解决冲突。Java 8后，当链表长度超过阈值（默认为8）时，链表会转换为红黑树以提高性能。

冲突处理公式：
<math>
\text{存储位置} = \text{hash(key)} \mod \text{容量}
</math>

== 实际应用案例 ==
'''场景'''：统计一篇文章中出现的唯一单词数量。

<syntaxhighlight lang="java">
import java.util.HashSet;
import java.util.Arrays;

public class WordCounter {
    public static void main(String[] args) {
        String text = "Java is to JavaScript what car is to carpet";
        String[] words = text.split("\\s+"); // 按空格分割

        HashSet<String> uniqueWords = new HashSet<>(Arrays.asList(words));
        System.out.println("唯一单词数量: " + uniqueWords.size());
        System.out.println("单词列表: " + uniqueWords);
    }
}
</syntaxhighlight>

'''输出'''：
<pre>
唯一单词数量: 8
单词列表: [car, carpet, what, Java, is, to, JavaScript, car]
</pre>

== 性能优化建议 ==
1. '''初始容量'''：构造时指定预期大小（避免频繁扩容）：
   <syntaxhighlight lang="java">
   HashSet<Integer> numbers = new HashSet<>(100); // 初始容量100
   </syntaxhighlight>

2. '''负载因子'''：调整扩容阈值（默认0.75）：
   <syntaxhighlight lang="java">
   new HashSet<>(100, 0.6f); // 当60%满时扩容
   </syntaxhighlight>

3. '''重写hashCode()'''：自定义对象作为元素时需正确实现<code>hashCode()</code>和<code>equals()</code>。

== 与TreeSet对比 ==
{| class="wikitable"
! 特性 !! HashSet !! TreeSet
|-
| 数据结构 || 哈希表 || 红黑树
|-
| 顺序 || 无序 || 自然排序/自定义排序
|-
| 时间复杂度 || O(1) || O(log n)
|-
| 允许null || 是 || 否（除非自定义比较器）
|}

== 常见问题 ==
'''Q: 为什么我的自定义对象无法正确去重？'''  
A: 需确保重写了<code>equals()</code>和<code>hashCode()</code>方法，且满足：
* 如果<code>a.equals(b)</code>为true，则<code>a.hashCode() == b.hashCode()</code>
* 同一对象的hashCode值在生命周期内应保持一致

== 进阶话题 ==
* '''弱一致性迭代器'''：迭代过程中修改集合可能导致<code>ConcurrentModificationException</code>
* '''并行处理'''：使用<code>Collections.synchronizedSet()</code>或<code>ConcurrentHashMap.newKeySet()</code>实现线程安全

{{Warning|在哈希函数不均匀时，HashSet可能退化为链表，导致性能下降至O(n)。}}

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