Java 中的 HashSet 和 HashMap 有什么区别？

一、核心概念与用途

特性	HashSet	HashMap
接口实现	实现 Set 接口（存储唯一元素）	实现 Map 接口（存储键值对）
数据存储	存储单个对象（元素唯一）	存储键值对（键唯一，值可重复）
典型用途	去重集合（如用户 ID 集合）	键值映射（如缓存数据、配置项）

二、内部实现机制

1. HashSet 的底层依赖
   HashSet 内部通过 HashMap 实现，元素作为 HashMap 的键，值使用固定虚拟对象：

   // HashSet源码关键字段
   private transient HashMap<E, Object> map;
   private static final Object PRESENT = new Object(); // 虚拟值
   
   // add方法实现
   public boolean add(E e) {
       return map.put(e, PRESENT) == null; // 键存在则返回false
   }
   

2. HashMap 的存储结构
   基于哈希表（数组 + 链表/红黑树），键通过哈希函数计算索引：

   // HashMap存储结构（Java 8+）
   transient Node<K,V>[] table;
   static class Node<K,V> {
       final int hash;
       final K key;
       V value;
       Node<K,V> next;
   }
   

三、功能与方法差异

操作	HashSet 方法	HashMap 方法
添加元素	add(E e)	put(K key, V value)
删除元素	remove(Object o)	remove(Object key)
检查存在	contains(Object o)	containsKey(Object key)
获取元素	无直接方法（需迭代器遍历）	get(Object key)
容量相关	size() 返回元素数量	size() 返回键值对数量

四、性能与特性对比

维度	HashSet	HashMap
时间复杂度	添加/删除/查找：平均 O(1)，最差 O(log n)	同左
内存开销	较高（每个元素需额外存储虚拟值）	较高（存储键值对）
允许 null 值	允许一个 null 元素	允许一个 null 键和多个 null 值
迭代顺序	不保证顺序	不保证顺序
线程安全	非线程安全	非线程安全

五、使用场景示例

1. HashSet 适用场景

   • 用户登录去重：

     Set<String> loggedInUsers = new HashSet<>();
     if (loggedInUsers.add(userId)) {
         // 首次登录处理
     }
     

   • 标签管理系统：

     Set<String> uniqueTags = new HashSet<>(allTags);
     

2. HashMap 适用场景

   • 缓存数据：

     Map<String, Product> productCache = new HashMap<>();
     productCache.put(productId, product);
     

   • 配置项管理：

     Map<String, String> configs = new HashMap<>();
     configs.put("timeout", "30");
     

六、线程安全解决方案

需求	HashSet 方案	HashMap 方案
同步包装	Set<String> syncSet = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());	Map<String, String> syncMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
并发容器	无直接替代，可包装 ConcurrentHashMap：Set concurrentSet = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>());	ConcurrentHashMap<String, String>

七、内存与 GC 影响

• HashSet 内存占用：
  每个元素需存储键（元素对象）和固定虚拟值（约 16 字节对象头），内存开销约为元素大小的 2 倍。

• HashMap 内存占用：
  存储键值对，每个节点额外包含哈希值、指针等元数据，内存开销更高。

优化建议：

• 对 HashSet 使用 -XX:+UseCompressedOops 压缩指针（64 位 JVM 默认开启）
• 对 HashMap 预估初始容量，避免频繁扩容

八、扩展对比：LinkedHashSet vs LinkedHashMap

特性	LinkedHashSet	LinkedHashMap
实现方式	继承 HashSet，内部使用 LinkedHashMap	维护插入顺序/访问顺序的双向链表
有序性	保证插入顺序	可配置插入顺序或访问顺序（LRU）
性能损耗	略高于 HashSet（维护链表指针）	略高于 HashMap

九、总结

• 核心区别：HashSet 用于存储唯一元素集合，HashMap 用于键值映射。
• 实现关联：HashSet 基于 HashMap 实现，复用其键唯一性特性。
• 选择策略：
  • 需要唯一元素集合 → HashSet
  • 需要键值对存储 → HashMap
  • 需要有序 → LinkedHashSet/LinkedHashMap
  • 高并发场景 → ConcurrentHashMap 包装或专用并发容器