Java集合Set的基本介绍

2022-12-09 16:52:21

Set集合的定义

Java集合是一种特别有用的工具类，可用于存储数量不等的对象，并可以实现常用的数据结构，如栈、队列等。其中Set集合代表无序、不可重复的集合。他类似于一个罐子，程序可以依次把多个对象“丢件”Set集合，而Set集合通常不能记住元素的添加顺序。Set集合与Collection基本相同，没有提供任何额外的方法。实际上Set就是Collection，只是行为略有不同（Set集合不允许包含重复元素）。Set接口继承自Collection接口且有以下实现，框出来的是经常用的，需要了解掌握。
Java集合Set的基本介绍
因为set接口的父接口是Collection,所以Collection的一些方法Set集合都有，如下：
Java集合Set的基本介绍

HashSet

HashSet是Set接口的典型实现，大多数时候使用Set集合时就是使用这个实现类。HashSet按Hash算法来存储集合中的元素，因此具有很难好的存取和查找性能。
HashSet具有以下特点：

  • 不能保证元素的排列顺序，顺序可能与添加顺序不同，顺序也有可能发生变化。
  • HashSet不是同步的，如果多个线程同时访问一个HashSet，假设有两个或两个以上线程同时修改了HashSet的集合时，则必须通过代码来保持其同步。
  • 集合元素可以是null。

当向HashSet集合中存入一个元素时，HashSet会调用该对象的hashCode()方法来得到该对象的hashCode值，然后根据该hashCode值决定该对象在HashSet中的存储位置。如果有两个元素通过equals()方法比较返回true，但他们的hashCode（）方法返回值不相同，HashSet将会把它们存储在不同的位置，依然可以添加成功。也就是说，HashSet集合判断两个元素是否相等的标准是两个对象通过equals()方法比较相等，并且两个对象的hashCode()方法返回值也相等。

package ex.hql.set;

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

class A{
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        return true;
    }
}

class B{
    @Override
    public int hashCode() {
        return 1;
    }
}

class C{
//重写该方法返回相同的hashcode，但两个对象通过equals比较false，会导致HashSet能存储元素的槽位（slot）放多个元素，这样会导致性能下降
    @Override
    public int hashCode() {
        return 2;
    }

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

public class HashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Set set=new HashSet();
        set.add(new A());
        set.add(new A());
        set.add(new B());
        set.add(new B());
        set.add(new C());
        set.add(new C());
        System.out.println(set);
    }
}

创建A,B,C类，A类重写equals()方法，B类重写hashCode()方法，C类重写这两个方法，创建HashSet集合，加入这几个类，输出结果如下，可以看出C类只添加了一个，A,B类都添加成功两个。

可见：当把一个对象放入HashSet中，如果需要重写该对象对应类的equals()方法，则也应该重写其HashCode()方法。规则是：如果两个对象通过equals()方法比较返回true，这两个对象的hashCode值也应该相等。

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如果向HashSet中添加一个可变对象后，后面程序修改了该可变对象的实例，则可能导致它与集合中的其它元素相等（即两个对象通过equals(）方法返回比较true，两个对象的hashCode值也相等），这就有可能导致HashSet中包含两个相同的对象，有以下例子

package ex.hql.set;


import javax.jws.soap.SOAPBinding;
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;

class D{
    int number;

    public D(int number) {
        this.number = number;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "D{" +
                "number=" + number +
                '}';
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if(this==obj)
            return true;
        if(obj!=null&&obj.getClass()==D.class){
            D d=(D)obj;
            return this.number==d.number;
        }
        return false;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return this.number;
    }
}


public class HashSetDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        Set set=new HashSet();
        set.add(new D(6));
        set.add(new D(-4));
        set.add(new D(8));
        set.add(new D(3));
        System.out.println(set);
        Iterator iterator=set.iterator();
        D d=(D)iterator.next();//获取集合中的第一个对象
        d.number=3;
        System.out.println(set);
        set.remove(new D(3));
        System.out.println(set);
        System.out.println("集合是否包含number为3的对象："+set.contains(new D(3)));
        System.out.println("集合是否包含number为-4的对象："+set.contains(new D(-4)));
    }
}

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当试图删除number为3的对象时，HashSet会计算出该对象的hashCode值，从而找出该对象在集合中的存储的位置，然后把此处的对象与number为3的对象通过equals()方法进行比较，如果相同则删除该对象—HashSet只有第二个元素满足该条件，第一个元素实际存在hashCode为-4的对象的位置上，所以第二个元素被删除。第一个number为3的对象，保存在number为-4的位置上，通过equals比较为-4的对象又不相等返回false，这将导致HashSet不能准确的访问该元素。由此可见，当程序把可变对象添加到HashSet中之后，不要再去修改该集合元素中参与计算hashCode()、equals()的实例变量。

LinkedHashSet

LinkedHashSet是HashSet的一个子类，也是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，但它同时使用链表来维护元素的次序，这样使得元素看起来是以插入的顺序保存的，因为要维护元素的插入顺序，因此性能略低于HashSet的性能。

package ex.hql.set;

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet linkedHashSet=new LinkedHashSet();
        linkedHashSet.add("第一个插入的");
        linkedHashSet.add("第二个插入的");
        linkedHashSet.add("第三个插入的");
        linkedHashSet.add("第四个插入的");
        linkedHashSet.add("第五个插入的");
        System.out.println(linkedHashSet);
    }
}

运行结果：
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TreeSet

TreeSet是SortedSet接口的实现类，可以确保集合元素处于排序状态，TreeSet还提供了以下额外的方法：
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package ex.hql.set;

import java.util.TreeSet;

public class TreeSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet treeSet=new TreeSet();
        treeSet.add(4);
        treeSet.add(-6);
        treeSet.add(19);
        treeSet.add(8);
        System.out.println(treeSet);
        //输出最后一个元素
        System.out.println(treeSet.last());
        //输出集合中小于4的元素
        System.out.println(treeSet.headSet(4));
        //输出集合中大于8的元素，若集合中存在8，则包含8 
        System.out.println(treeSet.tailSet(8));
        //返回大于-1，小于2的子集
        System.out.println(treeSet.subSet(-1,2));
    }
}

输出结果如下：
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TreeSet支持两种排序方法：自然排序和定制排序，默认情况下采用自然排序。

自然排序

TreeSet会调用集合元素的compareTo(Object obj)方法来比较元素之间的大小，然后将集合元素按升序排列，这种方式就是自然排序。
Java提供了一个Comparable接口，该接口定义了一个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，实现了该接口的类就可以比较大小。当一个对象调用该方法与另一个对象比较时，如果该方法返回0，表明这两个对象相等；如果该方法返回一个正整数，则表明大于；返回负数表示小于。
如果要将一个对象添加到TreeSet，该对象一定要实现Comparable接口，否则会抛出异常：

package ex.hql.set;

import java.util.TreeSet;

class F{

}

public class NatureDemo {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet set=new TreeSet();
        set.add(new F());
    }

}

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TreeSet只能添加同一种类型的对象，判断两个对象是否相等的唯一标准是通过compareTo(Object obj)方法比较是否返回0，为0相等，否则不相等。

package ex.hql.set;
import java.util.TreeSet;

class F implements Comparable{

    int number;

    public F(int number) {
        this.number = number;
    }

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

    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        return 1;
    }
}

public class NatureDemo {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet set=new TreeSet();
        F f=new F(3);
        //添加两个重复的元素
        set.add(f);
        set.add(f);
        System.out.println(set);
    }

}

输出如下：
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从图可以看到虽然通过equals()方法比较两个元素相等，但是compareTo()方法比较不相等还是能添加重复的两个元素，所以如果要重写方法，傲保证这两个方法比较返回的值是一样的。
需要注意的是：推荐不要修改放入TreeSet集合中元素的关键实例变量，与上面的HashSet一样，因为这样可能导致出错。

定制排序

实现定制排序，需要通过Comparator接口的帮助，该接口里包含了一个int compare(T o1,T o2)方法，该方法用于比较o1和o2的大小；如果该方法返回0，表示相等；返回负数，表示o1小于o2.
如果需要实现定制排序，需要在创建TreeSet集合对象时，提供一个Comparator对象与该TreeSet集合关联，由该Comparator对象负责集合元素的排列逻辑。

package ex.hql.set;

import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;

class H{
    int number;

    public H(int number) {
        this.number = number;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "H{" +
                "number=" + number +
                '}';
    }
}

public class SpecificDemo {
    public static void main(String[] args) {
    //实现降序排列，这里采用的是匿名内部类的方式，也可以用lambda表达式
        TreeSet set=new TreeSet(new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                H h1=(H)o1;
                H h2=(H)o2;
                return h1.number>h2.number?-1:h1.number<h2.number?1:0;
            }
        });
        set.add(new H(-2));
        set.add(new H(6));
        set.add(new H(-11));
        set.add(new H(8));
        System.out.println(set);
    }
}

输出结果如下：
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EnumSet类

EnumSet是一个专门为枚举类设计的集合类，其中的所有元素必须是指定枚举类型的枚举值，该枚举类型在创建的时候显示的指或隐式的指定。EnumSet集合也是有序的，以枚举值在Enum类内的定义顺序来决定集合元素的顺序（不允许加入null）。
该类提供了以下方法：
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各Set实现的性能

HashSet的性能总比TreeSet好（特别是最常用的添加，查询元素等操作），因为TreeSet需要额外的红黑树来维护集合元素的次序。只有当需要一个保持排序的Set时，才应该使用TreeSet,否则都应该时候HashSet.
LinkedHashSet相比于HashSet，插入，删除略慢，遍历更快。
EnumSet是所有Set类中性能最好的，但它只能保存同一个枚举类的枚举值作为集合元素。
HashSet,TreeSet,EnumSet线程都是不安全的，通常可以通过Collections工具类的synchronizedSortedSet方法来包装这些Set集合使其变得安全。

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