java集合（10）——HashSet、LinkedHashSet和TreeSet辨析

Set接口

是Collection的子接口，Set要点：

• 不允许包含相同的元素
• 使用equals方法判断对象是否相同
• 一个不包含重复元素的 collection。更确切地讲，set 不包含满足 e1.equals(e2) 的元素对 e1 和 e2，并且最多包含一个 null 元素

HashSet类

该类实现的接口：Serializable, Cloneable, Iterable, Collection, Set

HashSet原理

• HashSet是基于HashMap来实现的，操作很简单，更像是对HashMap做了一次“封装”，而且只使用了HashMap的key来实现各种特性
• HashSet是通过HashMap实现，整个HashSet的核心就是HashMap。HashMap中的键作为HashSet中的值，HashMap中的值通过创建一个假的value来实现。
• 下面是HashSet的部分源码

private transient HashMap map;

// Dummy value to associate with an Object in the backing Map
private static final Object PRESENT = new Object();

/**
 * Constructs a new, empty set; the backing HashMap instance has
 * default initial capacity (16) and load factor (0.75).
 * 首先有一个HashMap成员变量，我们在HashSet的构造函数中将其初始化，默认情况下用的是Initial capacity为16，load factory加载因子为0.75
 */
public HashSet() {
    map = new HashMap<>();
}


public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}
public boolean remove(Object o) {
    return map.remove(o)==PRESENT;
}
public boolean contains(Object o) {
    return map.containsKey(o);
}
public int size() {
    return map.size();
}

HashSet中的一些基本操作都是调用HashMap来实现的。

HashSet注意事项

• HashSet不同步，如果需要使用多线程访问，可以使用Collections.synchronizedSet()方法包装
  Set s = Collections.synchronizedSet(new HashSet());
• HashSet类判断两个元素是否相等，需要两个条件，第一个条件：equals()的结果为true，第二个条件：hashCode（）的值相等，即对应的元素的hashCode码要相同。
• HashSet类：向该类中添加元素，排列的顺序不确定，因此只有不关心集合中元素的顺序时才应该是会用HashSet类来存储元素。
• 集合HashSet类中元素的值可以是null
  下面的例子来自：https://www.bysocket.com/?p=195

package set;

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class HashSetTest {

    public static void main(String[] agrs){
        Set s = new HashSet();
        s.add(new EqualsObj());
        s.add(new EqualsObj());
        s.add(new HashCodeObj());
        s.add(new HashCodeObj());
        s.add(new HashSetObj());
        s.add(new HashSetObj());

        System.out.println("HashSet Elements:");
        System.out.print("\t" + s + "\n");
    }
}

class EqualsObj {

    public boolean equals(Object obj) {
        return true;
    }
}

class HashCodeObj {
    public int hashCode() {
        return 1;
    }
}

class HashSetObj {
    public boolean equals(Object obj) {
        return true;
    }

    public int hashCode() {
        return 2;
    }
}

在控制台输出的结果如下：

HashSet Elements:
    [set.EqualsObj@7852e922, set.HashCodeObj@1, set.HashCodeObj@1, set.HashSetObj@2, set.EqualsObj@6d06d69c]

从输出结果可以看出，1.HashSet类存储数据的顺序是不确定的，2. 该类只认为hashCode和equals方法的值都不同的对象为不同的对象

当我们使用HashSet集合时，需要注意：将对象存储在HashSet之前，要确保对象重写了equals()和hashCode()方法，即如果要把一个对象放在HashSet中，如果重写了该对象的equals（）方法，也要重写该对象的hashCode()方法，修改的规则是：如果两个对象通过equals方法比较返回true时，这两个对象的hashCode一定也要相同

• HashSet集合的优点：
  它可以通过一个对象快速查找到集合中的对象。hash算法的价值在于查找速度很快：它是通过将对象转变为对应的hashCode值，然后按照hashCode值在桶中对应位置取出该元素。
  下面的程序来自：http://blog.csdn.net/shb_derek1/article/details/8729605

package set;

import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

public class HashSetTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        Set sets = new HashSet();
        sets.add(new HashSet2(1));
        sets.add(new HashSet2(-11));
        sets.add(new HashSet2(21));
        sets.add(new HashSet2(13));
        sets.add(new HashSet2(-1));

        //HashSet是无序集合，因此打印的结果是无序的
        System.out.println(sets);

        Iterator i = sets.iterator();
        //取出集合中第一个元素元素
        HashSet2 hs = (HashSet2) i.next();
        //将取出的元素赋新值，赋的值与集合中原有的元素之相同

        hs.count = 21;
        //集合中有两个元素一样
        System.out.println(sets);

        //从集合中移出值
        sets.remove(new HashSet2(21));

        System.out.println(sets);
        //集合中不包含21，因为按照hashCode值找到的槽内没有该值。
        System.out.println("sets.contains(new HashSets(21)："+sets.contains(new HashSet2(21)));
    }
}

class HashSet2 {
    int count;

    public HashSet2(int count) {
        super();
        this.count = count;
    }

    public String toString() {
        return "HashSet2 [count=" + count + "]" ;
    }

    public boolean equals(Object obj) {
        if(obj instanceof HashSet2){
            HashSet2 hs = (HashSet2) obj;
            if(this.count == hs.count)
                return true;
            return false;
        }
        return false;
    }

    public int hashCode() {
        return this.count;
    }
}

运行结果：

[HashSet2 [count=-1], HashSet2 [count=1], HashSet2 [count=21], HashSet2 [count=-11], HashSet2 [count=13]]
[HashSet2 [count=21], HashSet2 [count=1], HashSet2 [count=21], HashSet2 [count=-11], HashSet2 [count=13]]
[HashSet2 [count=21], HashSet2 [count=1], HashSet2 [count=-11], HashSet2 [count=13]]
sets.contains(new HashSets(21)：false

LinkedHashSet类

该类实现的接口：Serializable, Cloneable, Iterable, Collection, Set

• 该类是一种可以记住元素插入次序的类，即输出顺序与插入顺序一致
• 它是HashSet类的子类，所以也是通过HashCode的值来决定元素的位置

package set;

import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;

public class LinkedHashSet1 {
    public static void main(String[] args) {
        Set s = new LinkedHashSet();
        s.add(new String("e"));
        s.add(new String("b"));
        s.add(new String("a"));
        s.add(new String("c"));

        System.out.println(s);
    }
}

上述程序运行结果：

[e, b, a, c]

TreeSet类

该类实现的接口：Serializable, Cloneable, Iterable, Collection, NavigableSet, Set, SortedSet

• TreeSe使用红黑树的结构实现，集合中的元素进行排序，添加、删除等算法的复杂度为O(log(n))
• 使用该集合的类必须实现Comparable接口中的compare To()方法，因为该类是有序的
• 该类是通过元素的值进行排序的，而不是通过插入元素的顺序进行排序的
  如下面代码：

package set;

import java.util.Set;
import java.util.SortedSet;
import java.util.TreeSet;

public class TreeSetTest {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet nums = new TreeSet(); 
        nums.add(new Bird(1));
        nums.add(new Bird(2));
        nums.add(new Bird(3));
        nums.add(new Bird(4));

        System.out.println(nums);
    }
}

class Bird {
    int size;

    public Bird(int size) {
        super();
        this.size = size;
    }

    public String toString() {
        return "Bird [size=" + size + "]";
    }

}

运行后，编译器报错：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: set.Bird cannot be cast to java.lang.Comparable
    at java.util.TreeMap.put(TreeMap.java:542)
    at java.util.TreeSet.add(TreeSet.java:238)
    at set.TreeSetTest.main(TreeSetTest.java:11)

因为TreeSet是实现SortedSet接口的类，因此他有排序功能，对应的传递进来的对象也要有需要可比较。先修改上述代码如下：

package set;

import java.util.Set;
import java.util.SortedSet;
import java.util.TreeSet;

public class TreeSetTest {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet nums = new TreeSet(); 
        nums.add(new Bird(1));
        nums.add(new Bird(2));
        nums.add(new Bird(3));
        nums.add(new Bird(4));

        System.out.println(nums);
    }
}

class Bird implements Comparable{
    int size;

    public Bird(int size) {
        super();
        this.size = size;
    }

    public String toString() {
        return "Bird [size=" + size + "]";
    }

    public int compareTo(Bird o) {
        // TODO Auto-generated method stub
        return this.size - o.size;
    }
}

程序运行结果：

[Bird [size=1], Bird [size=2], Bird [size=3], Bird [size=4]]