单点突破：Set

HashSet

• HashSet存放的是散列值，它是按照元素的散列值来存取元素的。

• 元素的散列值通过hashCode方法计算

• HashSet通过判断两个元素的Hash值是否相等，如果相等就会用equals方法比较，如果equals方法也返回true则视为同一个元素

• 继承于AbstractSet，并且实现了Set接口

特点

• 不会出现重复元素（Set的特性），添加重复元素是不生效的；
• 添加的元素是无序的；
• 可以出现NULL；
• 底层基于HashMap，HashSet的操作函数，实际上都是通过map实现的；
• 线程不安全

应用

• 去重
• 集合运算

主要API

boolean`  `add(E object)
void`  `clear()
Object  clone()
boolean`  `contains(Object object)
boolean`  `isEmpty()
Iterator<E> iterator()
boolean`  `remove(Object object)
int`  `size()

实现原理与源码解析

基于HashMap实现的，默认构造函数是构建一个初始容量为16，负载因子为0.75 的HashMap。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由 HashMap 的 key 来保存，而 HashMap 的 value 则存储了一个 PRESENT，它是一个静态的 Object 对象。

import java.util.AbstractSet;
import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Set;

import javax.swing.text.html.HTMLDocument.Iterator;

public class HashSet<E>
     extends AbstractSet<E>
     implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;
    // 底层使用HashMap来保存HashSet中所有元素。
    private transient HashMap<E,Object> map;
    // 定义一个虚拟的Object对象作为HashMap的value，将此对象定义为static final。
    private static final Object PRESENT = new Object(); 

    // 默认的无参构造器，构造一个空的HashSet。
    // 实际底层会初始化一个空的HashMap，并使用默认初始容量为16和加载因子0.75。
    public HashSet() {
        map = new HashMap<E,Object>();
    } 

    // 构造一个包含指定collection中的元素的新set。
    //
    // 实际底层使用默认的加载因子0.75和足以包含指定
    // collection中所有元素的初始容量来创建一个HashMap。
    // @param c 其中的元素将存放在此set中的collection。 

    public HashSet(Collection<? extends E> c) {
        map = new HashMap<E,Object>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
        addAll(c);
    } 

    // 以指定的initialCapacity和loadFactor构造一个空的HashSet。
    //
    // 实际底层以相应的参数构造一个空的HashMap。
    // @param initialCapacity 初始容量。
    // @param loadFactor 加载因子。 

    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
    } 

    // 以指定的initialCapacity构造一个空的HashSet。
    //
    // 实际底层以相应的参数及加载因子loadFactor为0.75构造一个空的HashMap。
    // @param initialCapacity 初始容量。 

    public HashSet(int initialCapacity) {
    	map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity);
    } 

    // 以指定的initialCapacity和loadFactor构造一个新的空链接哈希集合。
    // 此构造函数为包访问权限，不对外公开，实际只是是对LinkedHashSet的支持。
    //
    // 实际底层会以指定的参数构造一个空LinkedHashMap实例来实现。
    // @param initialCapacity 初始容量。
    // @param loadFactor 加载因子。
    // @param dummy 标记。 

    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
    	map = new LinkedHashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
    } 

    // 返回对此set中元素进行迭代的迭代器。返回元素的顺序并不是特定的。
    //
    // 底层实际调用底层HashMap的keySet来返回所有的key。
    // 可见HashSet中的元素，只是存放在了底层HashMap的key上，
    // value使用一个static final的Object对象标识。
    // @return 对此set中元素进行迭代的Iterator。 

     public Iterator<E> iterator() {
     	return map.keySet().iterator();
     } 

    // 返回此set中的元素的数量（set的容量）。
    //
    // 底层实际调用HashMap的size()方法返回Entry的数量，就得到该Set中元素的个数。
    // @return 此set中的元素的数量（set的容量）。 

    public int size() {
        return map.size();
    } 

    // 如果此set不包含任何元素，则返回true。
    //
    // 底层实际调用HashMap的isEmpty()判断该HashSet是否为空。
    // @return 如果此set不包含任何元素，则返回true。 

    public boolean isEmpty() {
        return map.isEmpty();
    } 

    // 如果此set包含指定元素，则返回true。
    // 更确切地讲，当且仅当此set包含一个满足(o==null ? e==null : o.equals(e))
    // 的e元素时，返回true。
    //
    // 底层实际调用HashMap的containsKey判断是否包含指定key。
    // @param o 在此set中的存在已得到测试的元素。
    // @return 如果此set包含指定元素，则返回true。 

    public boolean contains(Object o) {
        return map.containsKey(o);
    } 

    // 如果此set中尚未包含指定元素，则添加指定元素。
    // 更确切地讲，如果此 set 没有包含满足(e==null ? e2==null : e.equals(e2))
    // 的元素e2，则向此set 添加指定的元素e。
    // 如果此set已包含该元素，则该调用不更改set并返回false。 

    // 底层实际将将该元素作为key放入HashMap。
    // 由于HashMap的put()方法添加key-value对时，当新放入HashMap的Entry中key
    //与集合中原有Entry的key相同（hashCode()返回值相等，通过equals比较也返回true），
    //新添加的Entry的value会将覆盖原来Entry的value，但key不会有任何改变，
    // 因此如果向HashSet中添加一个已经存在的元素时，新添加的集合元素将不会被放入HashMap中，
    // 原来的元素也不会有任何改变，这也就满足了Set中元素不重复的特性。
    // @param e 将添加到此set中的元素。
    // @return 如果此set尚未包含指定元素，则返回true。 

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

    // 如果指定元素存在于此set中，则将其移除。
    // 更确切地讲，如果此set包含一个满足(o==null ? e==null : o.equals(e))的元素e，
    // 则将其移除。如果此set已包含该元素，则返回true
    // （或者：如果此set因调用而发生更改，则返回true）。（一旦调用返回，则此set不再包含该元素）。
    //
    // 底层实际调用HashMap的remove方法删除指定Entry。
    // @param o 如果存在于此set中则需要将其移除的对象。
    // @return 如果set包含指定元素，则返回true。 

    public boolean remove(Object o) {
        return map.remove(o)==PRESENT;
    } 

    // 从此set中移除所有元素。此调用返回后，该set将为空。
    //
    // 底层实际调用HashMap的clear方法清空Entry中所有元素。 

    public void clear() {
        map.clear();
    } 

    // 返回此HashSet实例的浅表副本：并没有复制这些元素本身。 

    // 底层实际调用HashMap的clone()方法，获取HashMap的浅表副本，并设置到HashSet中。 

    public Object clone() {
    	try {
        	HashSet<E> newSet = (HashSet<E>) super.clone();
        	newSet.map = (HashMap<E, Object>) map.clone();
        	return newSet;
      	} catch (CloneNotSupportedException e) {
        	throw new InternalError();
      	}
    }
}

遍历方式

方式一：通过Iterator遍历HashSet（推荐）

第一步：根据iterator()获取HashSet的迭代器。

第二步：遍历迭代器获取各个元素。

• 用for

// 假设set是HashSet对象
for(Iterator iterator = set.iterator();
    iterator.hasNext(); ) {
    System.out.println(iterator.next().toString());
}

• 用while

// 假设set是HashSet对象
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext())
    System.out.println(iterator.next().toString());

方式二：转化为数组遍历HashSet（不推荐）

第一步：根据toArray()获取HashSet的元素集合对应的数组。

第二步：遍历数组，获取各个元素。

// 假设set是HashSet对象，并且set中元素是String类型
String[] arr = (String[])set.toArray(new String[0]);
for(String str:arr)
	System.out.printf("for each : %s\n", str);

不推荐这种方式，很少用，个人也很不喜欢这种方式的遍历，但是可以学习一下Set如何转为数组！

方式三：for-each遍历HashSet

// 假设set是HashSet对象，并且set中元素是String类型
for(String s : set)
    System.out.printf("for each : %s\n", s);

知道泛型中的数据类型可以用这种方式遍历

Set遍历方式都是一样的，这里就那HashSet做演示了，之后不再演示了

TreeSet

• 基于二叉树对新添加的对象按照指定的顺序排序，每添加一个对象都会进行一次排序，并将对象插入到二叉树指定位置
• Integer和String等基础数据类型可以直接按照TreeSet的默认排序存储
• 自定义的数据类型要实现Comparable接口，且要重写compareTo方法

特点

• TreeSet是用来排序的, 可以指定一个顺序, 对象存入之后会按照指定的顺序排列

使用方式

Comparable——自然排序

public static void demo() {
        TreeSet<Person> ts = new TreeSet<>();
        ts.add(new Person("张三", 23));
        ts.add(new Person("李四", 13));
        ts.add(new Person("周七", 13));
        ts.add(new Person("王五", 43));
        ts.add(new Person("赵六", 33));

        System.out.println(ts);
}

这个例子会报错，抛出异常java.lang.ClassCastException

说明出现了类型转换异常，原因在于TreeSet不知道如何进行比较元素，我们在Person类中没有指定如何比较，因此抛出这个异常。

解决方法

在自定义类（Person）中实现Comparable接口，然后重写接口中的compareTo方法

public class Person implements Comparable<Person> {
    private String name;
    private int age;
    ...
    public int compareTo(Person o) {
		return 0或1或-1;
    }
}

• 0表示：认为是相同元素，不存入set中
• 1表示：正序存储（比上一个元素大）
• -1表示：倒序存储（比上一个元素小）

因此，就可以自定义自己的排序方式了

1. 按照年龄为主要条件排序：

public int compareTo(Person o) {
    int num = this.age - o.age;                //年龄是比较的主要条件
    return num == 0 ? this.name.compareTo(o.name) : num;//姓名是比较的次要条件
}

1. 按照姓名为主要条件排序（依据Unicode编码大小）

public int compareTo(Person o) {
    int num = this.name.compareTo(o.name);        //姓名是主要条件
    return num == 0 ? this.age - o.age : num;    //年龄是次要条件
}

1. 按照姓名长度排序：

public int compareTo(Person o) {
        int length = this.name.length() - o.name.length();                //比较长度为主要条件
        int num = length == 0 ? this.name.compareTo(o.name) : length;    //比较内容为次要条件
        return num == 0 ? this.age - o.age : num;                        //比较年龄为次要条件
}

Comparator——比较器排序

TreeSet排序除了用Comparable，我们还可以使用Comparator接口。

需求：现在要制定TreeSet中按照String长度比较String：

//定义一个类，实现Comparator接口，并重写compare()方法，
class CompareByLen implements Comparator<String> {

    @Override
    public int compare(String s1, String s2) {        //按照字符串的长度比较
        int num = s1.length() - s2.length();        //长度为主要条件
        return num == 0 ? s1.compareTo(s2) : num;    //内容为次要条件
    }
}

public static void main(String[] args) {
    TreeSet<String> ts = new TreeSet<>(new CompareByLen());
    ts.add("wwwwwwww");
    ts.add("w");
    ts.add("wms");
    ts.add("yyds");
    ts.add("cccc");
    ts.add("zxl");
    System.out.println(ts);
}

执行结果[w, wms, zxl, cccc, yyds, wwwwwwww]

总结:

• 自然顺序（Comparable）

  • TreeSet类的add()方法中会把存入的对象提升为Comparable类型
  • 调用对象的compareTo()方法和集合中的对象比较
  • 根据compareTo()方法返回的结果进行存储

• 比较器顺序(Comparator)

  • 创建TreeSet的时候可以制定 一个Comparator
  • 如果传入了Comparator的子类对象, 那么TreeSet就会按照比较器中的顺序排序
  • add()方法内部会自动调用Comparator接口中compare()方法排序
  • 调用的对象是compare方法的第一个参数,集合中的对象是compare方法的第二个参数

• 两种方式的区别

  • TreeSet构造函数什么都不传, 默认按照类中Comparable的顺序(没有就报错ClassCastException)
  • TreeSet如果传入Comparator, 就优先按照Comparator

扩展：

Comparable和Comparator的区别

LinkedHashSet

继承HashSet，HashMap实现数据存储，双向链表记录顺序。线程不安全。

特点

• 会维护“插入顺序”
• 线程不安全

总结：

• Set接口
  • Set不允许包含相同的元素，如果试图把两个相同元素加入同一个集合中，add方法返回false。
  • hashcode和equals都是true就是同一个元素。
• HashSet
  • 底层是HashMap
  • 集合元素可以是null,但只能放入一个null
  • 不能保证顺序
  • 线程不安全
• LinkedHashSet
  • LinkedHashSet集合同样是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，但是它同时使用链表维护元素的次序。这样使得元素看起 来像是以插入顺序保存的，也就是说，当遍历该集合时候，LinkedHashSet将会以元素的添加顺序访问集合的元素。
  • 继承了HashSet
  • LinkedHashSet在迭代访问Set中的全部元素时，性能比HashSet好，但是插入时性能稍微逊色于HashSet。
• TreeSet
  • 底层是二叉树
  • 可以实现排序