Java的Set接口及其实现类(面试题)
Set接口中没有额外定义新的方法，使用的都是Collection接口中声明过的方法。
* 1. Set接口的框架：
*
* |----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
* |----Set接口：存储无序的、不可重复的数据 -->高中讲的“集合”
* |----HashSet：作为Set接口的主要实现类；线程不安全的；可以存储null值
* |----LinkedHashSet：作为HashSet的子类；遍历其内部数据时，可以按照添加的顺序遍历
* 对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.
* |----TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序。
*
*
* 1. Set接口中没有额外定义新的方法，使用的都是Collection中声明过的方法。
*
* 2. 要求：向Set(主要指：HashSet、LinkedHashSet)中添加的数据，其所在的类一定要重写hashCode()和equals()
* 要求：重写的hashCode()和equals()尽可能保持一致性：相等的对象必须具有相等的散列码。
* 重写两个方法的小技巧：对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值。
public class SetTest {
/*
一、Set：存储无序的、不可重复的数据
以HashSet为例说明：
1. 无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加，而是根据数据的哈希值决定的。
2. 不可重复性：保证添加的元素按照equals()判断时，不能返回true.返回true说明数据相等。即：相同的元素只能添加一个。
*/
@Test
public void test1(){
Set set = new HashSet();
set.add(456);
set.add(123);
set.add(123);
set.add("AA");
set.add("CC");
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Tom",12));//若User类中重写了hashCode()和equals()则插入失败。（不能有重复数据）
set.add(129);
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
HashSet
Set实现类之一: HashSet
@HashSet是Set接口的典型实现，大多数时候使用Set集合时都使用这个实现类。
●HashSet按Hash算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能。
●HashSet具有以下特点:
➢不能保证元素的排列顺序
➢HashSet不是线程安全的
➢集合元素可以是null
●HashSet集合判断两个元素相等的标准:两个对象通过hashCode()方法比较相
等，并且两个对象的equals()方法返回值也相等。
●对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode(Objectobj)方法，以实现对象相等规则。即:‘
“相等的对象必须具有相等的散列码”。
添加元素的过程：以HashSet为例：
- 我们向HashSet中添加元素a,首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素a的哈希值，
- 此哈希值接着通过某种散列函数计算出在HashSet底层数组中的存放位置（即为：索引位置），判断数组此位置上是否已经有元素：
- 如果此位置上没有其他元素，则元素a添加成功。 —>情况1
- 如果此位置上有其他元素b(或以链表形式存在的多个元素），则比较元素a与元素b的hash值：
- 如果hash值不相同，则元素a添加成功。—>情况2
- 如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()方法：
- equals()返回true,元素a添加失败
- equals()返回false,则元素a添加成功。—>情况3
对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a 与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储。
jdk 7 :元素a（新元素）放到数组中，指向原来的元素。
jdk 8 :原来的元素在数组中，指向元素a
总结：七上八下
HashSet底层：数组+链表的结构。
HashSet put操作存放数据的位置就是HashMap的key(key不重复)，所有的key都指向一个value（static并且final）。
哈希值相同，值不同就会插进链表（红色）中。
LinkedHashSet
Set实现类之二: LinkedHashSet
●LinkedHashSet是HashSet的子类
●LinkedHashSet根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置,但它同时使用双向链表维护元素的次序,
这使得元素看起来是以插入顺序保存的。
●LinkedHashSet插入性能略低于HashSet，但在迭代访问Set里的全部元素时有很好的性能。
●LinkedHashSet不允许集合元素重复。
//LinkedHashSet的使用
//LinkedHashSet作为HashSet的子类，在添加数据的同时，每个数据还维护了两个引用，记录此数据前一个数据和后一个数据。
//优点：对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet
@Test
public void test2(){
Set set = new LinkedHashSet();
set.add(456);
set.add(123);
set.add(123);
set.add("AA");
set.add("CC");
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Tom",12));
set.add(129);
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());//输出的顺序和插入的顺序一样
// 因为有两个指针记录了前后数据的地址
}
}
TreeSet
Integer中方法compare和compareTo的区别
从名字上我们就可以大概才出来他们的区别,compareTo的参数是一个整数,是对象的方法.相对之下compare的参数应该就是两个,是类的方法.
再来看看源码
//compareTo
public int compareTo(Integer anotherInteger) {
return compare(this.value, anotherInteger.value);
}
//compare
public static int compare(int x, int y) {
return (x < y) ? -1 : ((x == y) ? 0 : 1);
}
这就很清楚了,compare是静态的,可以通过类名直接调用.Integer.compare(a,b)
compareTo是非静态的,只能通过对象名.compareTo()来调用
Set实现类之三: TreeSet
●TreeSet是SortedSet接口的实现类，TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。
●TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
●新增的方法如下: (了 解)
➢Comparator comparator()
➢Object first()
➢Object last()
➢Object lower(Object e)
➢Object higher(Object e)
➢SortedSet subSet(fromElement, toElement)
➢SortedSet headSet(toElement)
➢SortedSet tailSet(fromElement)
●TreeSet两种排序方法:自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet 采用自然排序。
public class TreeSetTest {
/*
1.向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。
2.两种排序方式：自然排序（实现Comparable接口） 和 定制排序（Comparator）
3.自然排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compareTo()返回0.不再是equals().
4.定制排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compare()返回0.不再是equals().
*/
@Test
public void test1(){
TreeSet set = new TreeSet();
//失败：不能添加不同类的对象
// set.add(123);
// set.add(456);
// set.add("AA");
// set.add(new User("Tom",12));
//举例一：
// set.add(34);
// set.add(-34);
// set.add(43);
// set.add(11);
// set.add(8);
// 遍历输出顺序是从小到大
//举例二：
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Jerry",32));
set.add(new User("Jim",2));
set.add(new User("Mike",65));
set.add(new User("Jack",33));
set.add(new User("Jack",56)); //jack重名，插入失败 只有正确重写compareTo方法（排序年龄）才能插入
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
//按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
@Override
public int compareTo(Object o) {
if(o instanceof User){
User user = (User)o;
// return -this.name.compareTo(user.name); 加个负号就是从大到小 不加-就是从小到大
int compare = -this.name.compareTo(user.name);
if(compare != 0){
return compare;
}else{
return Integer.compare(this.age,user.age);
}//else compare为0说明姓名相同 再比较年龄
}else{
throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
}
}
@Test
public void test2(){
Comparator com = new Comparator() {//Comparator是接口 这里用到了匿名内部类实现接口
//按照年龄从小到大排列
@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
User u1 = (User)o1;
User u2 = (User)o2;
return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
}else{
throw new RuntimeException("输入的数据类型不匹配");
}
}
};
TreeSet set = new TreeSet(com);
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Jerry",32));
set.add(new User("Jim",2));
set.add(new User("Mike",65));
set.add(new User("Mary",33));
set.add(new User("Jack",33));//重复年龄 插入失败
set.add(new User("Jack",56));
每日一考（复习）
1.集合Collection中存储的如果是自定义类的对象，需要自定义类重写哪个方法？为什么？
equals()方法。 因为涉及这些操作：contains() /remove()/retainsAll() ….
List：equals()方法
Set：(HashSet、LinkedHashSet为例)：equals()、hashCode()
(TreeSet为例)：需要重写排序：Comparable：compareTo(Object obj)
Comparator：compare(Object o1,Object o2)
2.List 接口的常用方法有哪些？(增、删、改、查、插、长度、遍历)
add(Object obj)
remove(Object obj)/remove(int index)
set(int index,Object obj)
get(int index)
add(int index,Object obj)
size()
使用Iterator;foreach;普通的for
3.Collection接口常用方法：
add(Object obj),
addAll(Collection coll),
size(), isEmpty(), clear();
contains(Object obj),
containsAll(Collection coll),
remove(Object obj),
removeAll(Collection coll),
retainsAll(Collection coll),
equals(Object obj);
hashCode(), toArray(), iterator();
3.Collection集合与数组间的转换
//集合 --->数组：toArray()
Object[] arr = coll.toArray();
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
System.out.println(arr[i]);
}
//拓展：数组 --->集合:调用Arrays类的静态方法asList(T ... t)
List<String> list = Arrays.asList(new String[]{"AA", "BB", "CC"});
System.out.println(list);
List arr1 = Arrays.asList(new int[]{123, 456});
System.out.println(arr1.size());//1 整个数组被看成一个对象
List arr2 = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456});
System.out.println(arr2.size());//2
4.使用Collection集合存储对象，要求对象所属的类满足：
向Collection接口的实现类的对象中添加数据obj时，要求obj所在类要重写equals().
list接口
1. 存储的数据特点：存储有序的、可重复的数据。
2. 常用方法：(记住)
增：add(Object obj)
删：remove(int index) / remove(Object obj)
改：set(int index, Object ele)
查：get(int index)
插：add(int index, Object ele)
长度：size()
遍历：① Iterator迭代器方式
② 增强for循环
③ 普通的循环
3. 常用实现类：
|----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
* |----List接口：存储序的、可重复的数据。 -->“动态”数组,替换原的数组
* |----ArrayList：作为List接口的主要实现类；线程不安全的，效率高；底层使用Object[] elementData存储
* |----LinkedList：对于频繁的插入、删除操作，使用此类效率比ArrayList高；底层使用双向链表存储
* |----Vector：作为List接口的古老实现类；线程安全的，效率低；底层使用Object[] elementData存储
4. 源码分析(难点)
4.1 ArrayList的源码分析：
* 2.1 jdk 7情况下
* ArrayList list = new ArrayList();//底层创建了长度是10的Object[]数组elementData
* list.add(123);//elementData[0] = new Integer(123);
* ...
* list.add(11);//如果此次的添加导致底层elementData数组容量不够，则扩容。
* 默认情况下，扩容为原来的容量的1.5倍，同时需要将原有数组中的数据复制到新的数组中。
*
* 结论：建议开发中使用带参的构造器：ArrayList list = new ArrayList(int capacity)
*
* 2.2 jdk 8中ArrayList的变化：
* ArrayList list = new ArrayList();//底层Object[] elementData初始化为{}.并没创建长度为10的数组
*
* list.add(123);//第一次调用add()时，底层才创建了长度10的数组，并将数据123添加到elementData[0]
* ...
* 后续的添加和扩容操作与jdk 7 无异。
* 2.3 小结：jdk7中的ArrayList的对象的创建类似于单例的饿汉式，而jdk8中的ArrayList的对象
* 的创建类似于单例的懒汉式，延迟了数组的创建，节省内存。
*
4.2 LinkedList的源码分析：
* LinkedList list = new LinkedList(); 内部声明了Node类型的first和last属性，默认值为null
* list.add(123);//将123封装到Node中，创建了Node对象。
*
* 其中，Node定义为：体现了LinkedList的双向链表的说法
* private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
this.item = element;
this.next = next;
this.prev = prev;
}
}
4.3 Vector的源码分析：
jdk7和jdk8中通过Vector()构造器创建对象时，底层都创建了长度为10的数组。
在扩容方面，默认扩容为原来的数组长度的2倍。
5. 存储的元素的要求：
添加的对象，所在的类要重写equals()方法
[面试题]
* 面试题：ArrayList、LinkedList、Vector者的异同？
* 同：三个类都是实现了List接口，存储数据的特点相同：存储序的、可重复的数据
* 不同：见上（第3部分+第4部分）
set接口：
1. 存储的数据特点：无序的、不可重复的元素
具体的：
以HashSet为例说明：
1. 无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非照数组索引的顺序添加，而是根据数据的哈希值决定的。
2. 不可重复性：保证添加的元素照equals()判断时，不能返回true.即：相同的元素只能添加一个。
2. 元素添加过程：(以HashSet为例)
我们向HashSet中添加元素a,首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素a的哈希值，
此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置（即为：索引位置，判断
数组此位置上是否已经元素：
如果此位置上没其他元素，则元素a添加成功。 --->情况1
如果此位置上其他元素b(或以链表形式存在的多个元素，则比较元素a与元素b的hash值：
如果hash值不相同，则元素a添加成功。--->情况2
如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()方法：
equals()返回true,元素a添加失败
equals()返回false,则元素a添加成功。--->情况2
对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a 与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储。
jdk 7 :元素a放到数组中，指向原来的元素。
jdk 8 :原来的元素在数组中，指向元素a
总结：七上八下
HashSet底层：数组+链表的结构。（前提：jdk7)
3. 常用方法
Set接口中没额外定义新的方法，使用的都是Collection中声明过的方法。
4. 常用实现类：
|----Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
* |----Set接口：存储无序的、不可重复的数据 -->高中讲的“集合”
* |----HashSet：作为Set接口的主要实现类；线程不安全的；可以存储null值
* |----LinkedHashSet：作为HashSet的子类；遍历其内部数据时，可以按照添加的顺序遍历
* 在添加数据的同时，每个数据还维护了两个引用，记录此数据前一个数据和后一个数据。 对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.
* |----TreeSet：可以照添加对象的指定属性，进行排序。
5. 存储对象所在类的要求：
HashSet/LinkedHashSet:
要求：向Set(主要指：HashSet、LinkedHashSet)中添加的数据，其所在的类一定要重写hashCode()和equals()
要求：重写的hashCode()和equals()尽可能保持一致性：相等的对象必须具有相等的散列码
* 重写两个方法的小技巧：对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值。
*
TreeSet:
1.自然排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compareTo()返回0.不再是equals().
2.定制排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compare()返回0.不再是equals().
6. TreeSet的使用
6.1 使用说明:
1.向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。
2.两种排序方式：自然排序（实现Comparable接口 和 定制排序（Comparator）
6.2 常用的排序方式:
//方式一：自然排序
@Test
public void test1(){
TreeSet set = new TreeSet();
//失败：不能添加不同类的对象
// set.add(123);
// set.add(456);
// set.add("AA");
// set.add(new User("Tom",12));
//举例一：
// set.add(34);
// set.add(-34);
// set.add(43);
// set.add(11);
// set.add(8);
//举例二：
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Jerry",32));
set.add(new User("Jim",2));
set.add(new User("Mike",65));
set.add(new User("Jack",33));
set.add(new User("Jack",56));
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
//方式二：定制排序
@Test
public void test2(){
Comparator com = new Comparator() {
//照年龄从小到大排列
@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
User u1 = (User)o1;
User u2 = (User)o2;
return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
}else{
throw new RuntimeException("输入的数据类型不匹配");
}
}
};
TreeSet set = new TreeSet(com);
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Jerry",32));
set.add(new User("Jim",2));
set.add(new User("Mike",65));
set.add(new User("Mary",33));
set.add(new User("Jack",33));
set.add(new User("Jack",56));
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
TreeSet习题:
/**
* 定义一个Employee类。
该类包含：private成员变量name,age,birthday，其中 birthday 为 MyDate 类的对象；
并为每一个属性定义 getter, setter 方法；
并重写 toString 方法输出 name, age, birthday
* @author shkstart
* @create 2019 上午 10:22
*/
public class Employee implements Comparable{
private String name;
private int age;
private MyDate birthday;
public Employee(String name, int age, MyDate birthday) {
this.name = name;
this.age = age;
this.birthday = birthday;
}
public Employee() {
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public MyDate getBirthday() {
return birthday;
}
public void setBirthday(MyDate birthday) {
this.birthday = birthday;
}
@Override
public String toString() {
return "Employee{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
", birthday=" + birthday +
'}';
}
//按 name 排序
@Override
public int compareTo(Object o) {
if(o instanceof Employee){
Employee e = (Employee)o;
return this.name.compareTo(e.name);
}
// return 0;
throw new RuntimeException("传入的数据类型不一致！");
}
}
/**
* MyDate类包含:
private成员变量year,month,day；并为每一个属性定义 getter, setter 方法；
* @author shkstart
* @create 2019 上午 10:21
*/
public class MyDate implements Comparable{
private int year;
private int month;
private int day;
public MyDate(int year, int month, int day) {
this.year = year;
this.month = month;
this.day = day;
}
public MyDate() {
}
public int getYear() {
return year;
}
public void setYear(int year) {
this.year = year;
}
public int getMonth() {
return month;
}
public void setMonth(int month) {
this.month = month;
}
public int getDay() {
return day;
}
public void setDay(int day) {
this.day = day;
}
@Override
public String toString() {
return "MyDate{" +
"year=" + year +
", month=" + month +
", day=" + day +
'}';
}
@Override
public int compareTo(Object o) {
if(o instanceof MyDate){
MyDate m = (MyDate)o;
//比较年
int minusYear = this.getYear() - m.getYear();
if(minusYear != 0){
return minusYear;
}
//比较月
int minusMonth = this.getMonth() - m.getMonth();
if(minusMonth != 0){
return minusMonth;
}
//比较日
return this.getDay() - m.getDay();
}
throw new RuntimeException("传入的数据类型不一致！");
}
}
/**
* 创建该类的 5 个对象，并把这些对象放入 TreeSet 集合中（下一章：TreeSet 需使用泛型来定义）
分别按以下两种方式对集合中的元素进行排序，并遍历输出：
1). 使Employee 实现 Comparable 接口，并按 name 排序
2). 创建 TreeSet 时传入 Comparator对象，按生日日期的先后排序。
*
* @author shkstart
* @create 2019 上午 10:23
*/
public class EmployeeTest {
//问题二：按生日日期的先后排序。
@Test
public void test2(){
TreeSet set = new TreeSet(new Comparator() {
@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
if(o1 instanceof Employee && o2 instanceof Employee){
Employee e1 = (Employee)o1;
Employee e2 = (Employee)o2;
MyDate b1 = e1.getBirthday();
MyDate b2 = e2.getBirthday();
//方式一：
// //比较年
// int minusYear = b1.getYear() - b2.getYear();
// if(minusYear != 0){
// return minusYear;
// }
// //比较月
// int minusMonth = b1.getMonth() - b2.getMonth();
// if(minusMonth != 0){
// return minusMonth;
// }
// //比较日
// return b1.getDay() - b2.getDay();
//方式二：在MyDate类中重写compareTo()方法 然后调用
return b1.compareTo(b2);
}
// return 0;
throw new RuntimeException("传入的数据类型不一致！");
}
});
Employee e1 = new Employee("liudehua",55,new MyDate(1965,5,4));
Employee e2 = new Employee("zhangxueyou",43,new MyDate(1987,5,4));
Employee e3 = new Employee("guofucheng",44,new MyDate(1987,5,9));
Employee e4 = new Employee("liming",51,new MyDate(1954,8,12));
Employee e5 = new Employee("liangzhaowei",21,new MyDate(1978,12,4));
set.add(e1);
set.add(e2);
set.add(e3);
set.add(e4);
set.add(e5);
Iterator iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
//问题一：使用自然排序
@Test
public void test1(){
TreeSet set = new TreeSet();
Employee e1 = new Employee("liudehua",55,new MyDate(1965,5,4));
Employee e2 = new Employee("zhangxueyou",43,new MyDate(1987,5,4));
Employee e3 = new Employee("guofucheng",44,new MyDate(1987,5,9));
Employee e4 = new Employee("liming",51,new MyDate(1954,8,12));
Employee e5 = new Employee("liangzhaowei",21,new MyDate(1978,12,4));
set.add(e1);
set.add(e2);
set.add(e3);
set.add(e4);
set.add(e5);
Iterator iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
Set接口习题(面试题)：
publicstaticList duplicateList(List list) {
HashSet set= newHashSet();
set.addAll(list);//利用set重复的数据插不进去这个特点
return newArrayList(set);
}
public static void main(String[] args) {
List list=newArrayList();
list.add(newInteger(1));
list.add(newInteger(2));
list.add(newInteger(2));
list.add(newInteger(4));
list.add(newInteger(4));
List list2= duplicateList(list);
for(Object integer: list2) {
System.out.println(integer); // 1,2,4
}
//其中Person类中重写了hashCode()和equal()方法
HashSetset = new HashSet();
Person p1 = new Person(1001,"AA");
Person p2 = new Person(1002,"BB");
set.add(p1);
set.add(p2);
p1.name = "CC";//CC插入的位置在哈希值为p1的位置上，见下图
set.remove(p1);//这里删除时 找的是(1001,"CC")的哈希值 因为之前没插入过(1001,"CC")，所以很大概率删除的是个空值。见下图
System.out.println(set);
//因此这里输出的set是(1001,"CC"),(1002,BB)
set.add(new Person(1001,"CC"));
//这里实际上还是能插入成功的，set不是不允许重复数据吗？
//但是上一条(1001,"CC")插入的哈希位置是(1001,"AA")的，set的add操作时先进行hashcode判断，hashcode一样再进行equals判断；
//插入(1001,"CC")时首先进行hashcode判断，(1001,"CC")的哈希值大概率和(1001,"AA")不一样，所以都到不了equals()这一步，自然能插入成功。
System.out.println(set);
//so 输出三条数据
set.add(new Person(1001,"AA"));
//插入成功，首先进行hashcode判断，虽然和之前的(1001,"AA")哈希值冲突了，但是再进行equals判断时，之前(1001,"AA")的位置已经是(1001,"CC")了，所以equals判断通过不相等。插入成功。
System.out.println(set);
//输出四条数据
