Java-集合第二篇Set集合

1、Set集合与Collection基本相同，没有提供额外的方法。实际上Set就是Collection，只是行为略有所不同（Set不允许有重复元素）。

Set下的HashSet、TreeSet、EnumSet完全适用于上面Set的有关规则（即元素不能够重复）。

2、HashSet

（1）HashSet按Hash算法来存储集合中的元素，因此具有良好的存取和查找性能。

HashSet具有的特点：

1》不能保证元素的排列顺序。

2》HashSet不是同步的，即不是线程安全的。

3》集合元素值可以为null。

（2）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。

HashSet集合判断两个元素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。

1》如果有两个元素通过equals()方法比较返回true，但它们的hashCode()方法返回值不相等，HashSet就认为它们是不同的元素，依然可以添加到HashSet中，它们将存储在不同的位置。（注：public boolean equals(Object o)、public int hashCode()方法均来自Object）

所以，当某种类型需要放到HashSet中，并且需要重写其equals()方法，则相应的hashCode()方法也应该重写。规则是：如果两个对象通过equals()方法比较返回返回true，这两个对象的hashCode值也应该相同。

2》如果两个元素比较equals()方法返回true，hashCode()返回不同的值，这与Set集合的规则冲突；equals()返回false，hashCode()返回相同的值，HashSet将试图把它们保存在同一个位置，但又不行，这时候在这个位置使用链式结构来保存多个对象。

HashSet访问元素是根据元素的hashCode值来快速定位的，如果HashSet中存在两个以上的元素具有相同的hashCode值（上面使用链式结构保存），将会导致性能下降。

3》HashSet中每个能存储元素的“槽位”（slot）通常也称为“桶”（bucket），如果多个元素equals()返回false，hashCode()返回相同hashCode（链式结构存储），就需要在“桶”中放多个元素，从而导致性能下降。重写hashCode()方法的基本规则：

1>同一个对象调用多次hashCode()方法应该返回相同的值。

2>当equals()方法返回true时，hashCode()应该返回相同的hashCode值。

3>对象中用作equals()方法比较标准的实例变量，都应该用于计算hashCode值。

（3）重写hashCode()方法的一般步骤

1》把对象内每个有意义的实例变量（即每个参与equals()方法比较标准的实例变量）计算出一个int类型的hashCode值。计算方式举例：

实例变量类型	计算方式
boolean	hashCode=(f?0:1);
float	hashCode=Float.floatToIntBits(f);
double	long l=Double.doubleToLongBits(f); hashCode=(int)(l^(1>>>32));
long	hashCode=(int)(f^(f>>>32));
整数类型（byte、short、char、int）	hashCode=(int)f;
引用类型	hashCode=f.hashCode();

2》利用第一步计算得到的多个hashCode值组合计算出一个hashCode值返回，如直接相加作为最终的hashCode值返回。

3》为了避免直接相加产生的偶然相等，可以通过为各实例变量的hashCode值乘以任意一个质数后再相加。

return f1.hashCode()*17+(int)f2*29；

（4）如果向HashSet中添加了一个可变对象后，后面程序修改了该可变对象的实例变量值，则可能导致它与集合中的其他元素相同（equals()返回true，hashCode()也返回相同的值），从而可能导致HashSet中包含两个相同的对象。这是一个值得注意的问题。

3、LinkedHashSet

也是通过元素的hashCode值决定元素的存储位置，但它同时使用链表维护元素的次序，遍历LinkedHashSet中的元素时，LinkedHashSet将会按照元素添加顺序来访问集合中的元素。

LinkedHashSet需要维护元素的插入顺序，因此性能略低于HashSet的性能，但在迭代访问集合中的全部元素时将有很好的性能。

4、TreeSet

（1）TreeSet是SortedSet接口的实现实现类，TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。与HashSet集合相比，TreeSet还提供了一下的额外方法：

1》Comparator comparator()：如果TreeSet采用了定制排序，则该方法返回定制排序所使用的Comparator；如果TreeSet采用了自然排序，则返回null。

2》Object first()：返回集合中的第一个元素。

3》Object last()：返回集合中的最后一个元素。

4》Object lower(Object o)：返回集合中位于指定元素之前的元素（即小于指定元素的最大元素，参考元素不需要是TreeSet集合里的元素）。

5》Object higher(Object o)：返回集合中位于指定元素之后的元素（即大于指定元素的最小元素，参考元素不需要是TreeSet集合里的元素）。

6》SortedSet subSet(Object fromElement,Object toElement)：返回此Set的子集合，范围从fromElement（包含）到toElement(不包含)。

7》SortedSet headSet(Object toElement)：返回此Set的子集，由小于toElement的元素组成。

8》SortedSet tailSet(Object fromElement)：返回此Set的子集，由大于或者等于fromElement的元素组成。

Tips：TreeSet是有序的，所以上面的方法为其提供访问第一个、前一个、后一个、最后一个元素，还有3个从TreeSet中截取子元素的方法。

TreeSet采用红黑树来决定元素的存储位置。TreeSet支持两种排序方式：自然排序和定制排序，默认采用自然排序。

（2）自然排序

TreeSet会调用集合元素的comparaTo(Object 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，这种方式就是自然排序。

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，实现了该接口的类的对象就可以比较大小。当一个对象调用该方法与另一个对象进行比较时，如obj1.compareTo(obj2)，返回0，则两个对象相等；返回正整数，则obj1大于obj2；返回负数，则obj1小于obj2。

Java实现了Comparable接口的常用类：

1》BigDecimal、BigInteger以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较。

2》Character：按字符的UNICODE值进行比较。

3》Boolean：true对应的包装类实例大于false对应的包装类实例。

4》String：按字符串中字符的UNICODE值进行比较。

5》Date、Time：后面的时间、日期比前面的时间、日期大。

如果试图将一个对象添加到TreeSet时，则该对象的类必须实现Comparable接口，否则程序将会抛出异常（常见的强制类型转换错误）。注意，向TreeSet集合添加元素时，只有第一个元素无需实现Comparable接口，后面添加的所有元素都必须实现Comparable接口，这种时候能够成功添加，但当取元素的时候，还是会引发强制类型转换错误。

所以，一般TreeSet中只能添加同一种类型的对象。

当把一个对象加入TreeSet集合中时，TreeSet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找到它的存储位置。如果两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较相等，新对象将无法添加到TreeSet集合中。

TreeSet判断两个元素是否相等的唯一标准是compareTo(Object obj)是否返回0，不返回0就是不相等。

class Z implements Comparable{

  int age;
  public Z(int age){
     this.age=age;
  }
  @Override
  public boolean equals(Object obj){
    return true;
  }
  @Override
  public int compareTo(Object obj){
    return 1;
  }
}

public class TreeSetTest{
  TreeSet set=new TreeSet();
  Z z1=new Z(6);
  set.add(z1);
  set.add(z1);
  //第二次添加同一个对象，输出true，表名添加成功
  System.out.println(set.add(z1));
  //输出set集合，看到两个元素
  System.out.println(set);
  //修改第一个元素的age
  ((Z)(set.first())).age=9;
  //输出set,可以看到两个元素一样了！！！
  System.out.println((set);
}

从上面结果，由于equals()返回true，但compareTo()返回一个正整数，导致第一个元素和第二个元素是同一个元素，只是它们在集合中存储的是不同的引用值。

当需要把一个对象放入TreeSet中，重写该对象对应类的equals()方法时，应该保证该方法与compareTo(Object obj)方法有一致的结果。其规则是：如果两个对象通过equals()方法比较返回true时，这两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较应该返回0。

如果compareTo()返回0，equals()返回false，TreeSet不会让第二个元素添加进集合，这与Set集合的规则冲突（非重复元素添加失败）。

往TreeSet中添加可变对象，可能引发两个对象compareTo()返回0。

（3）定制排序

TreeSet的自然排序是根据集合元素的大小，TreeSet将它们以升序排序。如果需要定制排序，如降序排序，则可以通过Comparator接口的帮助。该接口包含一个int compare(T o1,T o2)方法，该方法用于比较o1和o2的大小：返回正整数，则o1大于o2；返回0，则o1等于o2；返回负数，则o1小于o2。

如果需要实现定制排序，则需要在创建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序逻辑。Comparator是一个函数式接口，因此可以使用Lambda表达式来替代Comparator对象。

5、EnumSet

专门为枚举类设计的集合类。EnumSet中的所有元素都必须是指定枚举类型的枚举值，该枚举类型在创建EnumSet时显式或隐式地指定。EnumSet的集合元素也是有序的，EnumSet以枚举值在Enum类内的定义顺序来决定集合元素的顺序。

EnumSet在内部以位向量的形式存储，这种存储形式非常紧凑、高效，因此EnumSet对象占用内存很小，而且运行效率很好。

EnumSet集合不允许加入null元素，否则将抛出空指针异常。

EnumSet类没有暴露任何构造器来创建该类的实例，但它提供了类方法创建对象。提供创建EnumSet对象的方法有：

1》EnumSet allOf(Class elementType)：创建一个包含指定枚举类里所有枚举值的EnumSet集合。

2》EnumSet complement(EnumSet s)：创建一个其元素类型与指定EnumSet里元素类型相同的EnumSet集合，新EnumSet集合包含原EnumSet集合所不包含的、此枚举类剩下的枚举值。

3》EnumSet copyOf(Collection c)：使用一个普通集合来创建EnumSet集合。

4》EnumSet copyOf(EnumSet e)：创建一个与指定EnumSet具有相同元素类型、相同集合元素的EnumSet集合。

5》EnumSet noneOf(Class elementType)：创建一个元素类型为指定枚举类型的空EnumSet。

6》EnumSet of(Efirst,E...rest)：创建一个包含一个或者多个枚举值的EnumSet集合，传入的多个枚举值必须属于同一个枚举值。

7》EnumSet range(E from,E to)：创建一个包含从from枚举值到to枚举值范围内所有枚举值的EnumSet集合。

6、各Set实现类的性能分析

HashSet的性能总是比TreeSet好（添加、查询元素），因为TreeSet需要额外的红黑树算法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，否则都应该使用HashSet。

HashSet的子类LinkedHashSet，对于普通的插入、删除操作，LinkedHashSet比HashSet要略微慢一点，这是由维护链表所带来的的额外开销造成的，但后期遍历会变得很快。

EnumSet是所有Set实现类这种性能最好的，但局限于只能保存某一枚举类的枚举值作为集合元素。

Set的3个实现类HashSet、LinkedHashSet、EnumSet，都不是线程安全的，通常可以通过Collections工具类的synchronizedSortedSet方法来“包装”该Set集合，此操作最好在创建时进行，以防止对Set集合的意外非同步访问。

SortedSet s=Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet(...));