Java遍历HashSet为什么输出是有序的？
Java 中遍历 `HashSet` 时，你可能观察到它输出的元素似乎是有序的，这很容易让人产生它底层是以某种顺序存储数据的误解。但实际上，`HashSet` 的核心设计目标是提供快速的无序集合访问，它的遍历顺序并非由元素的插入顺序决定，也不是预设的排序顺序。
要理解为什么会出现“有序”的假象，我们需要深入 `HashSet` 的内部机制。`HashSet` 是基于 `HashMap` 实现的。当你往 `HashSet` 中添加一个元素时，实际上是往一个内部的 `HashMap` 中添加了一个键值对。这个键就是你添加的元素本身，而值通常是一个固定的对象，比如 `Object` 类型的一个空实例。
`HashMap` 的内部实现依赖于哈希表（HashTable）。哈希表的关键在于哈希函数（Hash Function）。当你向 `HashMap`（以及 `HashSet`）添加一个元素时，会发生以下过程：
1. 计算哈希码（HashCode）：Java 对象都有一个 `hashCode()` 方法，它会返回一个整数，即该对象的哈希码。`HashSet` 在处理元素时，会调用元素的 `hashCode()` 方法来获取这个值。
2. 定位桶（Bucket）：哈希码经过一定的算法（通常是取模运算，将其映射到哈希表内部一个特定范围的索引）后，会确定元素应该存储在哪个“桶”里。哈希表被组织成一系列的桶，每个桶可以看作是一个存储区域。
3. 处理碰撞（Collision）：由于不同的元素可能计算出相同的哈希码，或者通过取模运算后落入同一个桶，这就产生了碰撞。`HashMap` 默认的处理碰撞的方式是链表（在 Java 8 之后，当链表长度超过某个阈值时，会转为红黑树以提高性能，但对于 `HashSet` 来说，我们主要关注其基于哈希表的特性）。也就是说，同一个桶里的元素会形成一个链表（或红黑树）来依次存储。
那么，为什么会“看起来”有序呢？
这其实是一个巧合，与你使用的 JDK 版本、Java 虚拟机的具体实现，甚至 JVM 的启动参数都可能有关。
哈希函数和哈希码的分布：如果你的元素（特别是 `String` 或数字）在插入时，其 `hashCode()` 方法产生的哈希码分布相对“均匀”，并且经过哈希表内部的映射后，落入的桶以及桶内链表（或红黑树）的顺序恰好与元素的某种自然顺序（例如字符串的字母顺序，数字的大小顺序）产生一种巧合的对应，那么在遍历时，你看到的顺序就可能接近于这种自然顺序。
JDK 的内部优化和实现细节：不同的 JDK 版本，`HashMap` 的内部实现可能有所不同。比如，Java 8 引入了对红黑树的优化，这可能会影响遍历时的顺序。某些 JVM 实现可能会在哈希表的内部结构上做一些优化，这些优化可能间接地导致了某些情况下“看起来”有序的现象。
元素类型本身：如果你放入 `HashSet` 的元素本身就具有一种内在的、与哈希码生成相关的顺序，例如，如果你放入的是一系列连续的整数，或者 `String` 对象，它们的 `hashCode()` 方法的设计可能使得相近的数值或字典序相近的字符串，其哈希码在经过处理后，倾向于落入相近的桶或者在链表中保持一定的相对顺序。
举个例子（纯粹说明巧合的可能性）：
假设我们有一个非常简化的哈希表，只有4个桶，并且使用 `hashcode % 4` 来确定桶。
如果我们往 `HashSet` 里添加 `1, 2, 3, 4`：
`1` 的哈希码可能是 `1`，`1 % 4 = 1`，放入桶1。
`2` 的哈希码可能是 `2`，`2 % 4 = 2`，放入桶2。
`3` 的哈希码可能是 `3`，`3 % 4 = 3`，放入桶3。
`4` 的哈希码可能是 `4`，`4 % 4 = 0`，放入桶0。
在这种理想化的均匀分布情况下，如果哈希表内部以桶0, 1, 2, 3 的顺序进行遍历，并且每个桶只有一个元素，那么输出 `4, 1, 2, 3` 看起来也不是完全有序。
但是，如果你的元素恰好是 `10, 20, 30, 40`，并且它们的哈希码（假设是它们自身的值）经过处理后，碰巧落入的桶和链表顺序让它们以 `10, 20, 30, 40` 的顺序被访问到，那你就看到了“有序”的输出。
重要的结论是：
`HashSet` 的无序性是其设计特点，而不是 bug。
你观察到的“有序”输出，绝大多数情况下是你的元素本身的哈希码分布、JDK 的 `HashMap` 实现以及 JVM 的具体行为共同作用下的巧合。
绝不能依赖 `HashSet` 的遍历顺序。如果你需要有序的集合，应该使用 `TreeSet` (它会根据元素的自然顺序或提供的 `Comparator` 进行排序) 或者将 `HashSet` 的元素转存到 `List` 中再进行排序。
所以，当你看到 `HashSet` 输出“有序”时，你可以将其理解为“碰巧”和“内部实现的一些倾向性”，而不是“保证的特性”。
要理解为什么会出现“有序”的假象，我们需要深入 `HashSet` 的内部机制。`HashSet` 是基于 `HashMap` 实现的。当你往 `HashSet` 中添加一个元素时，实际上是往一个内部的 `HashMap` 中添加了一个键值对。这个键就是你添加的元素本身，而值通常是一个固定的对象，比如 `Object` 类型的一个空实例。
`HashMap` 的内部实现依赖于哈希表（HashTable）。哈希表的关键在于哈希函数（Hash Function）。当你向 `HashMap`（以及 `HashSet`）添加一个元素时，会发生以下过程：
1. 计算哈希码（HashCode）：Java 对象都有一个 `hashCode()` 方法，它会返回一个整数，即该对象的哈希码。`HashSet` 在处理元素时，会调用元素的 `hashCode()` 方法来获取这个值。
2. 定位桶（Bucket）：哈希码经过一定的算法（通常是取模运算，将其映射到哈希表内部一个特定范围的索引）后，会确定元素应该存储在哪个“桶”里。哈希表被组织成一系列的桶，每个桶可以看作是一个存储区域。
3. 处理碰撞（Collision）：由于不同的元素可能计算出相同的哈希码，或者通过取模运算后落入同一个桶，这就产生了碰撞。`HashMap` 默认的处理碰撞的方式是链表（在 Java 8 之后，当链表长度超过某个阈值时，会转为红黑树以提高性能，但对于 `HashSet` 来说，我们主要关注其基于哈希表的特性）。也就是说，同一个桶里的元素会形成一个链表（或红黑树）来依次存储。
那么，为什么会“看起来”有序呢？
这其实是一个巧合，与你使用的 JDK 版本、Java 虚拟机的具体实现，甚至 JVM 的启动参数都可能有关。
哈希函数和哈希码的分布：如果你的元素（特别是 `String` 或数字）在插入时，其 `hashCode()` 方法产生的哈希码分布相对“均匀”，并且经过哈希表内部的映射后，落入的桶以及桶内链表（或红黑树）的顺序恰好与元素的某种自然顺序（例如字符串的字母顺序，数字的大小顺序）产生一种巧合的对应，那么在遍历时，你看到的顺序就可能接近于这种自然顺序。
JDK 的内部优化和实现细节：不同的 JDK 版本，`HashMap` 的内部实现可能有所不同。比如，Java 8 引入了对红黑树的优化，这可能会影响遍历时的顺序。某些 JVM 实现可能会在哈希表的内部结构上做一些优化，这些优化可能间接地导致了某些情况下“看起来”有序的现象。
元素类型本身：如果你放入 `HashSet` 的元素本身就具有一种内在的、与哈希码生成相关的顺序，例如，如果你放入的是一系列连续的整数，或者 `String` 对象，它们的 `hashCode()` 方法的设计可能使得相近的数值或字典序相近的字符串，其哈希码在经过处理后，倾向于落入相近的桶或者在链表中保持一定的相对顺序。
举个例子（纯粹说明巧合的可能性）：
假设我们有一个非常简化的哈希表，只有4个桶，并且使用 `hashcode % 4` 来确定桶。
如果我们往 `HashSet` 里添加 `1, 2, 3, 4`：
`1` 的哈希码可能是 `1`，`1 % 4 = 1`，放入桶1。
`2` 的哈希码可能是 `2`，`2 % 4 = 2`，放入桶2。
`3` 的哈希码可能是 `3`，`3 % 4 = 3`，放入桶3。
`4` 的哈希码可能是 `4`，`4 % 4 = 0`，放入桶0。
在这种理想化的均匀分布情况下，如果哈希表内部以桶0, 1, 2, 3 的顺序进行遍历，并且每个桶只有一个元素，那么输出 `4, 1, 2, 3` 看起来也不是完全有序。
但是，如果你的元素恰好是 `10, 20, 30, 40`，并且它们的哈希码（假设是它们自身的值）经过处理后，碰巧落入的桶和链表顺序让它们以 `10, 20, 30, 40` 的顺序被访问到，那你就看到了“有序”的输出。
重要的结论是：
`HashSet` 的无序性是其设计特点，而不是 bug。
你观察到的“有序”输出，绝大多数情况下是你的元素本身的哈希码分布、JDK 的 `HashMap` 实现以及 JVM 的具体行为共同作用下的巧合。
绝不能依赖 `HashSet` 的遍历顺序。如果你需要有序的集合，应该使用 `TreeSet` (它会根据元素的自然顺序或提供的 `Comparator` 进行排序) 或者将 `HashSet` 的元素转存到 `List` 中再进行排序。
所以，当你看到 `HashSet` 输出“有序”时，你可以将其理解为“碰巧”和“内部实现的一些倾向性”，而不是“保证的特性”。
网友意见
我觉得有必要来厘清一下我们说的 有序 和 无序 到底指的是什么。
有序 和 无序 的概念远不是你字面上看的这样简单。
举个栗子，List是有序的？还是无序的？
通常情况下，我们说一个列表是有序的，是指：
这个列表严格按照指定的偏序关系（Comparable接口等定义）存放或检索元素。
我们说一个列表是无序的，是指：
这个列表存放或检索元素的顺序是不确定的。
根据这两个定义，我们可以得到第三种情况，也就是List这种：
他既不是有序的，因为存放或检索元素不按照指定的偏序关系。
他也不是无序的，因为这个列表存放或检索元素的顺序是确定的。
所以实质上，一般语境中的有序无序并不是反义词，无序不等价于非有序。
更重要的，有序是一个保证，不是结果。
我们按照某个顺序往List里面塞元素，我们检索List的时候，自然看起来是有序的，我们能说List是一个有序列表吗？不能，因为在我们的语境中，有序列表是指，其检索的顺序严格遵循偏序关系，与你存放的顺序无关。
首先
@赵劼大大的答案就是正解了。“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 ^_^
实现是会变的，HashSet的迭代器在输出时“不保证有序”，但也不是“保证无序”。也就是说，输出时有序也是允许的，但是你的程序不应该依赖这一点。
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