时间戳

首页 > 技术文章 > Java 遍历 HashSet 为什么输出是有序的

Java 遍历 HashSet 为什么输出是有序的

tzhuwb 2017-08-31 22:52 原文

今天运行《疯狂Java讲义》中 8.2 中的 IteratorTest.java 时，不管运行多少次，结果输出都是一致的，如下所示：

package com.menglanglang.java.collection;
import java.util.*;
/**
 * Description:
 * <br/>网站: <a href="http://www.crazyit.org">疯狂Java联盟</a>
 * <br/>Copyright (C), 2001-2016, Yeeku.H.Lee
 * <br/>This program is protected by copyright laws.
 * <br/>Program Name:
 * <br/>Date:
 * @author Yeeku.H.Lee kongyeeku@163.com
 * @version 1.0
 */
public class IteratorTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 创建集合、添加元素的代码与前一个程序相同
        Collection books = new HashSet();
        books.add("疯狂Java讲义");
        books.add("轻量级Java EE企业应用实战");
        books.add("疯狂Android讲义");
        // 获取books集合对应的迭代器
        Iterator it = books.iterator();
        while(it.hasNext())
        {
            // it.next()方法返回的数据类型是Object类型，因此需要强制类型转换
            String book = (String)it.next();
            System.out.println(book);
            if (book.equals("疯狂Java讲义"))
            {
                // 从集合中删除上一次next方法返回的元素
                it.remove();
            }
            // 对book变量赋值，不会改变集合元素本身
            book = "测试字符串";   //①
        }
        System.out.println(books);
    }
}
// 输出：
// 疯狂Android讲义
// 轻量级Java EE企业应用实战
// 疯狂Java讲义
// [疯狂Android讲义, 轻量级Java EE企业应用实战]

很奇怪，明明书上说 Set 是无序的，那么输出应该是随机的才对，为何输出总是一定的呢？不管 add 的顺序如何，输出总是一定。

上网查了下，以前也有很多网友有这样的疑惑，详情如下：

看到《Thinking in Java》中有这么一段代码，书中给出的Output是无序的，可是我实际运行出来是有序的，就是从0递增到29，这是为什么呢？

public class SetOfInteger {
    public static void main(String[] args){
        Random rand=new Random(47);
        Set<Integer> intset=new HashSet<Integer>();
        for (int i=0;i<10000;i++){
            intset.add(rand.nextInt(30));
        }
        Iterator<Integer> iterator=intset.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.print(iterator.next()+" ");
        }
    }
}

网友 RednaxelaFX 的回答特别不错，这里也顺便记录并分享：

作者：RednaxelaFX
链接：https://www.zhihu.com/question/28414001/answer/40733996
来源：知乎
著作权归作者所有，转载请联系作者获得授权。

“不保证有序”和“保证无序”不等价，HashSet的iterator是前者而不是后者，所以在一次运行中看到有序的结果也是正常的，但不能依赖这个有序行为。
况且HashSet并不关心key的“排序”，就算其iterator“有序”通常也是说“按元素插入顺序”（LinkedHashSet就支持插入顺序遍历）。题主在此看到的所谓“有序”纯粹是个巧合。然后我复制粘贴了题主的代码运行了一次： 

$ java SetOfInteger
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 17 16 19 18 21 20 23 22 25 24 27 26 29 28 
$ java -version
java version "1.7.0-internal-zing_99.99.99.99.dev"
Zing Runtime Environment for Java Applications (build 1.7.0-internal-zing_99.99.99.99.dev-b65)
Zing 64-Bit Tiered VM (build 1.7.0-zing_99.99.99.99.dev-b870-product-azlinuxM-X86_64, mixed mode)

（Zing JDK7的开发版）
就不是有序的嘛。同样在Oracle JDK7u51上也是如此：

$ java SetOfInteger
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 17 16 19 18 21 20 23 22 25 24 27 26 29 28 
$ java -version
java version "1.7.0_51"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_51-b13)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 24.51-b03, mixed mode)

换到Zing JDK8：

$ java SetOfInteger
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 
$ java -version
java version "1.8.0-internal-zing_99.99.99.99.dev"
Zing Runtime Environment for Java Applications (build 1.8.0-internal-zing_99.99.99.99.dev-b65)
Zing 64-Bit Tiered VM (build 1.8.0-zing_99.99.99.99.dev-b870-product-azlinuxM-X86_64, mixed mode)

再换到Oracle JDK8u25：

$ java SetOfInteger
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 
$ java -version
java version "1.8.0_25"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_25-b17)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.25-b02, mixed mode)

就看到了题主说的有序行为。

JDK8的HashSet实现变了，导致元素插入的位置发生了变化；iterator自身实现的顺序倒没变，还是按照内部插入的位置顺序来遍历，于是题主就看到了JDK7和JDK8的结果不一样。具体来说，是JDK7与JDK8的java.util.HashMap的hash算法以及HashMap的数据布局发生了变化。

题主插入HashSet的是Integer，其hashCode()实现就返回int值本身。所以在对象hashCode这一步引入了巧合的“按大小排序”。
然后HashMap.hash(Object)获取了对象的hashCode()之后会尝试进一步混淆。
JDK8版java.util.HashMap内的hash算法比JDK7版的混淆程度低；在[0, 2^32-1]范围内经过HashMap.hash()之后还是得到自己。题主的例子正好落入这个范围内。外加load factor正好在此例中让这个HashMap没有hash冲突，这就导致例中元素正好按大小顺序插入在HashMap的开放式哈希表里。
根据它的实现特征，把题主的例子稍微修改一下的话：

$ cat SetOfInteger.java 
import java.util.*;

public class SetOfInteger {
    public static void main(String[] args){
        Random rand=new Random(47);
        Set<Integer> intset=new HashSet<Integer>();
        for (int i=0;i<10000;i++){
            intset.add(rand.nextInt(30) + (1 << 16));
        }
        Iterator<Integer> iterator=intset.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.print((iterator.next() - (1 << 16)) +" ");
        }
    }
}
$ java SetOfInteger
1 0 3 2 5 4 7 6 9 8 11 10 13 12 15 14 17 16 19 18 21 20 23 22 25 24 27 26 29 28 
$ java -version
java version "1.8.0_25"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_25-b17)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.25-b02, mixed mode)

就可以看到顺序不一样了。修改的内容就是把插入的数字先加上2的16次方，然后拿出来之后再减去2的16次方，而已 ^_^

这里如果想要知道输出的顺序是随机的，可以简单在 add 时，加入的串稍微变一下，就可以看出顺序与原来的不一样了，测试如下：

package com.menglanglang.java.collection;
import java.util.*;
/**
 * Description:
 * <br/>网站: <a href="http://www.crazyit.org">疯狂Java联盟</a>
 * <br/>Copyright (C), 2001-2016, Yeeku.H.Lee
 * <br/>This program is protected by copyright laws.
 * <br/>Program Name:
 * <br/>Date:
 * @author Yeeku.H.Lee kongyeeku@163.com
 * @version 1.0
 */
public class IteratorTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        // 创建集合、添加元素的代码与前一个程序相同
        Collection books = new HashSet();
        books.add("孟疯狂Java讲义");
        books.add("孟轻量级Java EE企业应用实战");
        books.add("孟疯狂Android讲义");
        // 获取books集合对应的迭代器
        Iterator it = books.iterator();
        while(it.hasNext())
        {
            // it.next()方法返回的数据类型是Object类型，因此需要强制类型转换
            String book = (String)it.next();
            System.out.println(book);
            if (book.equals("疯狂Java讲义"))
            {
                // 从集合中删除上一次next方法返回的元素
                it.remove();
            }
            // 对book变量赋值，不会改变集合元素本身
            book = "测试字符串";   //①
        }
        System.out.println(books);
    }
}
// 输出：
// 孟疯狂Java讲义
// 孟疯狂Android讲义
// 孟轻量级Java EE企业应用实战
// [孟疯狂Java讲义, 孟疯狂Android讲义, 孟轻量级Java EE企业应用实战]

推荐阅读