java中的Set集合详解

原文之部分某处有争论，读者谨慎阅读，后期本人再进行本文内容修正

1.简介

• Set集合中的元素是无序的且不可重复， 如果试图把两个相同元素加入同一个Set集合中，则添加操作失败，add()方法返回false，且新元素不会被加入。

2.HasheSet底层数据结构

• HashSet底层数据结构是哈希表，因此具有很好的存取和查找性能。
• 哈希表：一个元素为链表的数组，综合了链表（存储速度快）和数组（查询速度快）的优点。

3.哈希表的存取原理

3.1 调用对象的hashCode()方法，获得要存储元素的哈希值。

3.2 将哈希值与表的长度(即数组的长度)进行求余运算得到一个整数值，该值就是新元素要存放的位置(即是索引值)。

• 如果索引值对应的位置上没有存储任何元素，则直接将元素存储到该位置上。
• 如果索引值对应的位置上已经存储了元素，则执行第3.3步。

3.3 遍历该位置上的所有旧元素，依次比较每个旧元素的哈希值和新元素的哈希值是否相同。

• 如果有哈希值相同的旧元素，则执行第3.4步。
• 如果没有哈希值相同的旧元素，则执行第3.5步。

3.4 比较新元素和旧元素的地址是否相同。如果地址值相同则用新的元素替换老的元素，停止比较。如果地址值不同，则新元素调用equals方法与旧元素比较内容是否相同。

• 如果返回true，用新的元素替换老的元素，停止比较。
• 如果返回false，则回到第3步继续遍历下一个旧元素。

3.5 说明没有重复，则将新元素存放到该位置上并让新元素记住之前该位置的元素。

4.HashSet特点

• 无序
• 集合中的元素值可以是null
• hashSet不是同步的，如果多个线程同时访问一个Set，只要有一个线程修改了Set中的值，就必须进行同步处理，通常通过同步封装这个Set对象来完成同步，如果不存在这样的对象，可以使用Collections.synchronizedSet()方法完成。

5.HashSet保证唯一性：实体类中重写hashCode和equals方法

• 实体类

public class Person {
    String name;
    int age;
    public Person(String name, int age) {
        super();
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    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;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Person [name=" + name + ", age=" + age + "]";
    }
}

• 测试代码

@Test
public void testHashSet(){
    Person p1 = new Person("钟梅", 25);
    Person p2 = new Person("王兴", 34);
    Person p3 = new Person("张三", 18);
    Person p4 = new Person("李四", 21);
    Person p5 = new Person("李四", 21);
    HashSet hashSet = new HashSet<>();
    hashSet.add(p1);
    hashSet.add(p2);
    hashSet.add(p3);
    hashSet.add(p4);
    hashSet.add(p5);
    for (Person person : hashSet) {
        System.out.println(person.getName()+ "----------" + person.getAge());
    }
}

• 输出结果
  
• 由上可以看到，结果中出现重复元素。在实体类Person中重写hashCode和equals方法：

//判断判断两个对象是否相等，对象是否存在，对象的name和age是否相等
@Override
public boolean equals(Object o) {
    if (this == o) return true;
    if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
    Person person = (Person) o;
    return age == person.age &&
            Objects.equals(name, person.name);
}

//返回对象的name和age的hash值
@Override
public int hashCode() {
    return Objects.hash(name, age);
}

• 重写之后不是判断两个对象hashCode是否相等，而是判断对象的name和age是否同时相等，如果同时相等则判断为同一对象，不能重复出现在集合中。
  再次遍历集合，运行结果：
  
• 可以看到重复的元素已经被覆盖，保证了集合中元素的唯一性。

经验：为什么不直接用数组，而用HashSet？

• 因为数组的索引是连续的而且数组的长度是固定的，无法自由增加数组的长度。而HashSet就不一样了，HashCode表用每个元素的hashCode值来计算其存储位置，从而可以自由增加HashCode的长度，并根据元素的hashCode值来访问元素。而不用一个个遍历索引去访问，这就是它比数组快的原因。

6.LinkedHashSet类

元素顺序是添加元素的顺序

• LinkedHashSet集合也是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，但它同时使用链表维护元素的次序，这样使得元素看起来是以插入的顺序保存的，也就是说当遍历集合LinkedHashSet集合里的元素时，集合将会按元素的添加顺序来访问集合里的元素。
• 输出集合里的元素时，元素顺序总是与添加顺序一致。但是LinkedHashSet依然是HashSet，因此它不允许集合重复。

7.ThreeSet类

7.1：ThreeSet类特点

• TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。
• 内部存储机制：TreeSet内部实现的是红黑树，默认整形排序为从小到大。
  

7.2：ThreeSet的方法

• 与HashSet集合相比，TreeSet还提供了几个额外方法：

//如果TreeSet采用了定制顺序，则该方法返回定制排序所使用的Comparator，如果TreeSet采用自然排序，则返回null；
Comparator comparator();
//返回集合中的第一个元素；
Object first();
//返回集合中的最后一个元素；
Object last();
//返回指定元素之前的元素。
Object lower(Object e);
//返回指定元素之后的元素。
Object higher(Object e);
//返回此Set的子集合，含头不含尾；
SortedSet subSet（Object fromElement，Object toElement）;
//返回此Set的子集，由小于toElement的元素组成；
SortedSet headSet(Object toElement);
//返回此Set的子集，由大于fromElement的元素组成;
SortedSet tailSet(Object fromElement);

• 用法示例：

@Test
public void testTreeSet(){
    TreeSet nums = new TreeSet<>();
    //向集合中添加元素
    nums.add(5);
    nums.add(2);
    nums.add(15);
    nums.add(-4);
    //输出集合，可以看到元素已经处于排序状态
    System.out.println(nums);//[-4, 2, 5, 15]
    System.out.println("集合中的第一个元素："+nums.first());//集合中的第一个元素：-4
    System.out.println("集合中的最后一个元素："+nums.last());//集合中的最后一个元素：15
    System.out.println("集合小于4的子集，不包含4："+nums.headSet(4));//集合小于4的子集，不包含4：[-4, 2]
    System.out.println("集合大于5的子集："+nums.tailSet(2));//集合大于5的子集：[2, 5, 15]
    System.out.println("集合中大于等于-3，小于4的子集："+nums.subSet(-3,4));//集合中大于等于-3，小于4的子集：[2]
}

• 输出结果：
  
• 从上面的运行结果可以看出输出的集合已经按从小到大排好了，但是问题来了，只能从小到大排序吗？如果是字符对象应按该怎样的顺序排序？如果是一个对象又按怎样的顺序排序呢？遵循怎样的排序规则呢？

7.3 TreeSet的排序实现

• TreeSet支持两种排序方法：自然排序和定制排序，在默认情况下，采用的是自然排序。

7.3.1 自然排序

• TreeSet会调用集合元素的compareTo(Objec obj)方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序排列，这就是自然排序。

• 拓展：
  Java提供了一个Comparable接口，该接口里定义了一个compareTo(Object obj)方法，该方法返回一个整数值，实现该接口的类必须实现该方法，实现了该接口的类必须实现该方法，实现接口的类就可以比较大小了。当调用一个一个对象调用该方法与另一个对象进行比较时， compareTo(Object obj)如果返回0表示两个对象相等；如果返回正整数则表明obj1大于obj2,如果是负整数则相反。

• 案例：
  实现存储Person类的集合，排序方式，按年龄大小，如果年龄相等，则按name字符串长度，如果长度相等则比较字符。如果name和age都相等则视为同一对象。

public class Person implements Comparable{
    String name;
    int age;
    public Person(String name, int age) {
        super();
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    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;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Person [name=" + name + ", age=" + age + "]";
    }

    @Override
    public int compareTo(Person o) {
        //比较age
        int num=this.age-o.age;
        //如果age相等则比较name长度
        int num1=num==0?this.name.length()-o.name.length():num;
        //如果前两者都相等则比较name字符串
        int num2=num1==0?this.name.compareTo(o.name):num1;
        return num2;
    }
}

• 测试

@Test
public void testTreeSet(){
    TreeSet tree = new TreeSet<>();
    //向集合中添加元素
    tree.add(new Person("孙悟空",16));
    tree.add(new Person("孙悟空",17));
    tree.add(new Person("孙悟空",16));
    tree.add(new Person("唐僧",16));
    tree.add(new Person("沙悟净",23));
    tree.add(new Person("唐僧",30));
    //遍历
    System.out.println(tree);
}

• 输出：
  
• 从运行结果可以看到满足定义的排序规则。
• 当把一个对象添加进集合时，集合调用该对象的CompareTo(Object obj)方法与容器中的其他对象比较大小，然后根据红黑树结构中找到它的存储位置。如果两个对象相等则新对象无法加入到集合中。

7.3.3 定制排序

• TreeSet的自然排序是根据集合元素的大小，TreeSet将它们以升序排列。如果需要实现定制排序，例如降序排序，则可通过Comparator接口的帮助。该接口里包含一个int compare(T o1,T o2)方法，用于比较o1和o2的大小。由于Comparator是一个函数式接口，因此还可以使用Lambda表达式来代替Comparator子类对象。

@Test
public void testTreeSet2(){
    TreeSet nums = new TreeSet<>((a,b)->-(a-b));
    //向集合中添加元素
    nums.add(5);
    nums.add(2);
    nums.add(15);
    nums.add(-4);
    //输出集合，可以看到元素已经处于排序状态
    System.out.println(nums);//[15, 5, 2, -4]
}

原文地址 https://blog.csdn.net/mashaokang1314/article/details/83721792