HashSet 核心原理與實戰：去重利器、哈希存儲與自定義對象正確存入指南

前言：Set 接口的「不重複」承諾

Set 是無序、不重複集合，最多允許一個 null。主流實現：HashSet (哈希表、O(1) 查詢)、LinkedHashSet (維護插入序)、TreeSet (紅黑樹、有序)。本文聚焦 HashSet：底層原理、四大構造器、核心 API、自定義對象正確存入的關鍵 — 重寫 hashCode/equals。

一、HashSet 核心特性

二、四大構造器

// 1. 默認：容量 16，負載因子 0.75
new HashSet<>();

// 2. 指定初始容量 (避免頻繁擴容)
new HashSet<>(int initialCapacity);

// 3. 指定容量+負載因子
new HashSet<>(int initialCapacity, float loadFactor);

// 4. 從 Collection 複製 (去重)
new HashSet<>(Collection c);

三、基礎 API 實戰

HashSet set = new HashSet<>();
set.add("張三");
set.add("李四");
set.add("jay");
set.add("jack");
boolean added = set.add("jay"); // false，已存在
System.out.println(set); // [李四, 張三, jay, jack] 順序不固定
System.out.println("大小: " + set.size()); // 4

// 遍歷
for (String s : set) System.out.print(s + " ");

// 判斷包含
System.out.println(set.contains("jay")); // true

// 刪除
set.remove("jack");

四、核心難點：自定義對象為何「去重失效」？

現象

class Student {
    String name; int age;
    public Student(String name, int age) { this.name=name; this.age=age; }
    // 缺少 hashCode/equals 重寫！
}

HashSet stuSet = new HashSet<>();
stuSet.add(new Student("張三", 20)); // true
stuSet.add(new Student("張三", 20)); // true ← 應為 false！
System.out.println(stuSet.size()); // 2 ← 預期 1

根因

• 默認 Object.hashCode() 基於對象地址，兩個 new Student(...) 地址不同 → hashCode 不同 → 落入不同桶 → equals 根本不調用 → 視為不同元素。
• 默認 Object.equals() 比較引用地址，同樣失效。

解決：必須同時重寫 hashCode() 和 equals()

class Student {
    String name; int age;
    public Student(String name, int age) { this.name=name; this.age=age; }

    @Override public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Student student = (Student) o;
        return age == student.age && Objects.equals(name, student.name);
    }

    @Override public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age); // JDK 7+ 推薦
    }
}

// 再次測試
HashSet stuSet = new HashSet<>();
System.out.println(stuSet.add(new Student("張三", 20))); // true
System.out.println(stuSet.add(new Student("張三", 20))); // false ✅
System.out.println(stuSet.size()); // 1 ✅

五、hashCode/equals 契約鐵律 (必背)

1. 一致性：a.equals(b) == true ⇒ a.hashCode() == b.hashCode() (反向不要求)。
2. 對稱性：a.equals(b) ⇔ b.equals(a)。
3. 傳遞性：a.equals(b) && b.equals(c) ⇒ a.equals(c)。
4. 非空性：a.equals(null) == false。
5. 自反性：a.equals(a) == true。

黃金法則：覆蓋 equals 必須覆蓋 hashCode，且兩者依賴的字段集合完全一致。IDEA Generate → equals() and hashCode() 一鍵生成最靠譜。

六、進階：可變對象存入 Set 的陷阱

Student s = new Student("張三", 20);
set.add(s);
s.setAge(21); // 修改了參與 hashCode/equals 的字段！
System.out.println(set.contains(new Student("張三", 20))); // false ❌
System.out.println(set.contains(s)); // true (同引用)
set.remove(new Student("張三", 20)); // 刪除失敗！

結論：作為 Set 元素 / Map 鍵的對象必須不可變 (或至少在集合存活期間不修改參與比較的字段)。

七、總結

• HashSet = HashMap 鍵集視角，O(1) 去重查詢。
• 自定義對象存入 必須重寫 hashCode/equals，字段集合一致。
• 元素對象 保持不可變，避免哈希桶位遷移導致找不到/刪不掉。
• 需有序用 LinkedHashSet，需排序用 TreeSet (實現 Comparable/傳 Comparator)。