Java集合框架（Set与Map，HashSet与HashMap，TreeSet与TreeMap）

这是一个介绍集合类，数组以及容器关系的截图，便于我们对集合的理解。

一.Set和Map

Set代表一种集合元素无序、不可重复的集合，Map则代表一种由多个key-value（键-值）对组成的集合。
从表面上看，它们之间的相似性很少，但实际上Map和Set之间有莫大的联系。可以说，Map集合是Set集合的扩展。
如果只考察Map集合的Key，不难发现，这些Map集合的key具有一个特征：所有的key不能重复，key之间没有顺序。也就是说，如果将Map中的所有key集中起来，那么这些key就组成了一个Set集合。
由此可见，Map集合的所有key将具有Set集合的特征。只要把Map的所有key集中起来看，那它就是一个set，这实现了从Map到Set的转换。其实，还可以实现从Set到Map的扩展——对于Map而言，相当于每个元素都是key-value对的Set集合。
提示：换一种思维来理解Map集合，如果把Map集合中的value当成key的“附属物”（实际上也是，对于一个Map集合而言，只要给出指定的key，Map总可以根据指定的key快速地查找到value）那么Map集合在保存key-value对时只要考虑key即可。例如——————语文-98分；数学-99分；英语-96分都是键值对。

二.HashMap和HashSet

HashSet和HashMap之间有很多相似之处。对于HashSet而言，系统采用Hash算法决定集合元素的存储位置，这样可以保证快速存、取集合元素；对于HashMap而言，系统将value当成key的“附属物”，系统根据Hash算法来决定key的存储位置，这样可以保证快速存、取集合key，而value总是紧随key存储。

刚才上面提到的Hash算法，在这里作一下简要介绍：

哈希（Hash）算法就是单向散列算法，它把某个较大的集合P映射到另一个较小的集合Q中，假如这个算法叫H，那么就有Q => H（P）。对于P中任何一个值p都有唯一确定的q与之对应，但是一个q可以对应多个p。作为一个有用的Hash算法，H还应该满足：H(p)速度比较快；给出一个q，很难算出一个p满足q> = H(p)；给出一个p1，很难算出一个不等于p1的p2使得 H(p1)=H(p2)。

对于HashMap及其子类而言，它们采用Hash算法来决定集合中元素的存储位置。当系统开始初始化HashMap时，系统会创建一个长度为capacity的Entry数组。这个数组里可以存储元素的位置被称为“桶（bucket）”，每个bucket都有其指定索引，系统可以根据其索引快速访问bucket里存储的元素。
无论如何，HashMap的每个“桶”之存储一个元素（即一个Entry）。由于Entry对象可以包含一个引用变量用于指向下一个Entry，因此可能出现:HashMap的bucket中只有一个Entry，但这个Entry指向另一个Entry——这就形成了一个Entry链，如上图。
如果HashMap的每个bucket里只有一个Entry，那么HashMap可以根据索引快速地取出该bucket里的Entry。在发生“Hash冲突”的情况下，单个bucket里存储的不是一个Entry，而是一个Entry链，系统只能按照顺序遍历每个Entry，直到找到想搜索的Entry为止。
对于HashSet而言，它是基于HashMap实现的。HashSet底层采用HashMap来保存所有元素，因此HashSet的实现比较简单，它只是封装了一个HashMap对象来存储所有的集合元素。所有放入HashSet中的集合元素实际上是有HashMap的key来保存的，而HashMap的value则存储了一个PRESENT，它是一个静态的object对象。

三.TreeSet和TreeMap

两者之间的关系
类似于前面介绍的HashMap和HashSet之间的关系，HashSet底层依赖于HashMap实现，并且TreeSet里绝大部分方法都是直接调用TreeMap的方法来实现的，这点读者可自行参阅TreeSet源代码。
TreeMap的特点
对于TreeMap而言，它采用一种被称为“红黑树”的排序二叉树来保存Map中的每个Entry——每个Entry都被当成红黑树的一个节点来对待。

四.TreeMap、TreeSet与HashSet、HashMap的性能对比

对于TreeMap而言 ，由于它底层采用一棵红黑树来保存集合中的Entry，这意味着TreeMap添加元素、取出元素的性能都比HashMap低。当TreeMap添加元素时，需要通过循环找到新增Entry的插入位置，因此比较耗性能。但TreeMap、TreeSet相比HashMap、HashSet的优势在于:TreeMap中的所有Entry总是按key根据指定的排序规则保持有序状态，TreeSet中的所有元素总是根据指定的排序规则保持有序状态。