Java 集合-Set接口和三个子类实现

2017-10-31 19:20:45

• Set

一个不包含重复元素的 collection。无序且唯一。

• 1. HashSet
  2. LinkedHashSet
  3. TreeSet

HashSet是使用哈希表（hash table）实现的，其中的元素是无序的。HashSet的add、remove、contains方法 的时间复杂度为常量O(1)。

TreeSet使用树形结构（算法书中的红黑树red-black tree）实现的。TreeSet中的元素是可排序的，但add、remove和contains方法的时间复杂度为O(log(n))。TreeSet还提供了first()、last()、headSet()、tailSet()等方法来操作排序后的集合。

LinkedHashSet介于HashSet和TreeSet之间。它基于一个由链表实现的哈希表，保留了元素插入顺序。LinkedHashSet中基本方法的时间复杂度为O(1)。

~ HashSet

此类实现 Set 接口，由哈希表（实际上是一个 HashMap 实例）支持。它不保证 set 的迭代顺序；特别是它不保证该顺序恒久不变。此类允许使用 null 元素。

注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个哈希 set，而其中至少一个线程修改了该 set，那么它必须 保持外部同步。

HashSet底层数据结构是哈希表（HashMap），哈希表依赖于哈希值存储，添加功能底层依赖两个方法：int hashCode()，boolean equals(Object obj)。

*构造方法

*常用方法

HashSet唯一性的解释，源码剖析：添加功能底层依赖两个方法：int hashCode()，boolean equals(Object obj)

//HashSet类
class HashSet implements Set{
  private static final Object PRESENT = new Object();
  private transient HashMap<E,Object> map;

  // 构造方法，返回了一个HashMap
  public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }

  //add方法
  public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }

}

//HashMap类
class HashMap implements Map{

  public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

  final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }
}

一个实例问题，在这种添加自定义对象的时候，两个类的属性值相等，但是依然会被判定为不同的元素，因为没有重写hashCode()，所以默认调用的是Object类的hashCode()，而不同类的hashCode一般是不同的。

        HashSet<Student> hashSet = new HashSet<>();

        Student s1 = new Student("刘亦菲", 22);
        Student s2 = new Student("章子怡", 25);
        Student s3 = new Student("刘亦菲", 22);

        hashSet.add(s1);
        hashSet.add(s2);
        hashSet.add(s3);

        System.out.println(hashSet);

解决方法就是自己重写hashCode() 和 equals()方法，使用idea的alt+insert可以自动生成。

public class Student {
    private String name;
    private Integer age;

    Student(String name,int age)
    {
        this.name=name;
        this.age=age;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        // return 0;
　　　　 return this.name.hashCode()+this.age*11;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if(this == obj)
            return true;

        if(!(obj instanceof Student))
            return false;

        Student s = (Student) obj;
        return this.name.equals(s.name) && this.age.equals(s.age);
    }
}

这里用到了instanceof操作符，这个操作符和== ，>=是同种性质的，只是是用英文描述的，是二元操作符，用来判断左边的是否为这个特定类或者是它的子类的一个实例。

~ LinkedHashSet

具有可预知迭代顺序的 Set 接口的哈希表和链接列表实现。此实现与 HashSet 的不同之外在于，后者维护着一个运行于所有条目的双重链接列表。此链接列表定义了迭代顺序，即按照将元素插入到 set 中的顺序（插入顺序）进行迭代。注意，插入顺序不 受在 set 中重新插入的 元素的影响。

哈希表保证元素的唯一性，链表保证元素有序，也就是存入顺序和取出顺序相同。

~ TreeSet

基于 TreeMap 的 NavigableSet 实现。使用元素的自然顺序对元素进行排序，或者根据创建 set 时提供的 Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法。

注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个 TreeSet，而其中至少一个线程修改了该 set，那么它必须 外部同步。

有两种排序方式：A-自然排序，也是默认排序（实现Comparable），B-比较器排序。取决于构造方法。

*构造方法

*常用方法

        // 会自动排序
        TreeSet<Integer> treeSet = new TreeSet<>();

        treeSet.add(12);
        treeSet.add(13);
        treeSet.add(2);
        treeSet.add(4);

        for(int i:treeSet) System.out.println(i);

TreeSet的唯一性解释，源码剖析：唯一性根据比较的返回值是否为0，如果为零，则相等；排序的方式有两种，自然排序和比较器排序。

//TreeSet类
class TreeSet implements Set{
  private static final Object PRESENT = new Object();
  private transient NavigableMap<E,Object> m;

  TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
        this.m = m;
    }

  public TreeSet() {
        this(new TreeMap<>());
    }

  public boolean add(E e) {
        return m.put(e, PRESENT)==null;
    }
}

//TreeMap类
class TreeMap implements Map{

//红黑树实现
  public V put(K key, V value) {
        Entry<K,V> t = root;
　　　　 //建立根节点
        if (t == null) {
            compare(key, key); // type (and possibly null) check

            root = new Entry<>(key, value, null);
            size = 1;
            modCount++;
            return null;
        }
        int cmp;
        Entry<K,V> parent;
        // split comparator and comparable paths
        Comparator<? super K> cpr = comparator;
        if (cpr != null) {
            do {
                parent = t;
                cmp = cpr.compare(key, t.key);
                if (cmp < 0)
                    t = t.left;
                else if (cmp > 0)
                    t = t.right;
                else
                    return t.setValue(value);
            } while (t != null);
        }
        else {
            if (key == null)
                throw new NullPointerException();
            @SuppressWarnings("unchecked")
                Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
            do {
                parent = t;
                cmp = k.compareTo(t.key);
                if (cmp < 0)
                    t = t.left;
                else if (cmp > 0)
                    t = t.right;
                else
                    return t.setValue(value);
            } while (t != null);
        }
        Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
        if (cmp < 0)
            parent.left = e;
        else
            parent.right = e;
        fixAfterInsertion(e);
        size++;
        modCount++;
        return null;
    }
}

对象中的实例，自然排序：具体类实现Comparable接口，重写Comparable方法。构造方法为默认构造

public class Student implements Comparable<Student>{
    private String name;
    private Integer age;

    Student(String name,int age)
    {
        this.name=name;
        this.age=age;
    }

//    @Override
//    public int hashCode() {
//        return 0;
//    }
//
//    @Override
//    public boolean equals(Object obj) {
//        if(this == obj)
//            return true;
//
//        if(!(obj instanceof Student))
//            return false;
//
//        Student s = (Student) obj;
//        return this.name.equals(s.name) && this.age.equals(s.age);
//    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;

        Student student = (Student) o;

        if (name != null ? !name.equals(student.name) : student.name != null) return false;
        return age != null ? age.equals(student.age) : student.age == null;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + (age != null ? age.hashCode() : 0);
        return result;
    }

    @Override
    // 从小到大
    public int compareTo(Student o) {
        int num = this.age-o.age;
        return num==0?this.name.compareTo(o.name):num;
    }
}

对象中的实例，比较器排序：自定义比较器，实现Comparator接口。构造方法为带比较器的构造

class MyComparator implements Comparator<Student>{

    @Override
    public int compare(Student o1, Student o2) {
        int num = o1.age-o2.age;
        return num==0?o1.name.compareTo(o2.name):num;
    }
}

当然也可以使用匿名内部类来实现。

TreeSet<Student> treeset = new Treeset<>(new Comparator<Student>(){
  public int compare(Student o1, Student o2) { int num = o1.age-o2.age; return num==0?o1.name.compareTo(o2.name):num; }
})