分析JavaSet集合

本篇内容介绍了“分析Java Set集合”的有关知识，在实际案例的操作过程中，不少人都会遇到这样的困境，接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧！希望大家仔细阅读，能够学有所成！

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 01. 摘要

“关于 Set 接口，在实际开发中，其实很少用到，但是如果你出去面试，它可能依然是一个绕不开的话题。

言归正传，废话咱们也不多说了，相信使用过 Set 集合类的朋友都知道，Set集合的特点主要有：元素不重复、存储无序的特点。

啥意思呢?你可以理解为，向一个瓶子里面扔东西，这些东西没有记号是第几个放进去的，但是有一点就是这个瓶子里面不会有重样的东西。

细细思考，你会发现， Set 集合的这些特性正处于 List 集合和 Map 集合之间，为什么这么说呢?之前的集合文章中，咱们了解到，List  集合的特点就是存取有序，本质是一个有序数组，每个元素依次按照顺序存储;Map  集合主要用于存放键值对，虽然底层也是用数组存放，但是元素在数组中的下标是通过哈希算法计算出来的，数组下标无序。

而 Set 集合，在元素存储方面，注重独立无二的特性，如果某个元素在集合中已经存在，不会存储重复的元素，同时，集合存储的是元素，不像 Map  集合那样存储的是键值对。

具体的分析，咱们慢慢道来，打开 Set 集合，主要实现类有 HashSet、LinkedHashSet 、TreeSet 、EnumSet(  RegularEnumSet、JumboEnumSet )等等，总结 Set 接口实现类，图如下：

由图中的继承关系，可以知道，Set 接口主要实现类有 AbstractSet、HashSet、LinkedHashSet 、TreeSet  、EnumSet( RegularEnumSet、JumboEnumSet )，其中 AbstractSet、EnumSet 属于抽象类，EnumSet 是在  jdk1.5 中新增的，不同的是 EnumSet 集合元素必须是枚举类型。

• HashSet 是一个输入输出无序的集合，集合中的元素基于 HashMap 的 key 实现，元素不可重复;

• LinkedHashSet 是一个输入输出有序的集合，集合中的元素基于 LinkedHashMap 的 key 实现，元素也不可重复;

• TreeSet 是一个排序的集合，集合中的元素基于 TreeMap 的 key 实现，同样元素不可重复;

• EnumSet 是一个与枚举类型一起使用的专用 Set 集合，其中 RegularEnumSet 和 JumboEnumSet 不能单独实例化，只能由  EnumSet 来生成，同样元素不可重复;

下面咱们来对各个主要实现类进行一一分析!

02. HashSet

HashSet 是一个输入输出无序的集合，底层基于 HashMap 来实现，HashSet 利用 HashMap  中的key元素来存放元素，这一点我们可以从源码上看出来，阅读源码如下：

public class HashSet     extends AbstractSet     implements Set, Cloneable, java.io.Serializable{          // HashMap 变量     private transient HashMap map;          /**HashSet 初始化*/     public HashSet() {         //默认实例化一个 HashMap         map = new HashMap<>();     } }

add方法

打开HashSet的add()方法，源码如下：

public boolean add(E e) {     //向 HashMap 中添加元素     return map.put(e, PRESENT)==null; }

其中变量PRESENT，是一个非空对象，源码部分如下：

private static final Object PRESENT = new Object();

可以分析出，当进行add()的时候，等价于

HashMap map = new HashMap<>(); map.put(e, new Object());//e 表示要添加的元素

在之前的集合文章中，咱们了解到 HashMap 在添加元素的时候  ，通过equals()和hashCode()方法来判断传入的key是否相同，如果相同，那么 HashMap 认为添加的是同一个元素，反之，则不是。

从源码分析上可以看出，HashSet 正是使用了 HashMap 的这一特性，实现存储元素下标无序、元素不会重复的特点。

remove方法

HashSet 的删除方法，同样如此，也是基于 HashMap 的底层实现，源码如下：

public boolean remove(Object o) {     //调用HashMap 的remove方法，移除元素     return map.remove(o)==PRESENT; }

查询方法

HashSet 没有像 List、Map 那样提供 get 方法，而是使用迭代器或者 for 循环来遍历元素，方法如下：

public static void main(String[] args) {     Set hashSet = new HashSet();     System.out.println("HashSet初始容量大小："+hashSet.size());     hashSet.add("1");     hashSet.add("2");     hashSet.add("3");     hashSet.add("3");     hashSet.add("2");     hashSet.add(null);      //相同元素会自动覆盖     System.out.println("HashSet容量大小："+hashSet.size());     //迭代器遍历     Iterator iterator = hashSet.iterator();     while (iterator.hasNext()){         String str = iterator.next();         System.out.print(str + ",");     }      System.out.println("\n===========");     //增强for循环     for (String str : hashSet) {         System.out.print(str + ",");     } }

输出结果：

HashSet初始容量大小：0 HashSet容量大小：4 null,1,2,3, =========== null,1,2,3,

需要注意的是，HashSet 允许添加为null的元素。

03. LinkedHashSet

LinkedHashSet 是一个输入输出有序的集合，继承自 HashSet，但是底层基于 LinkedHashMap 来实现。

如果你之前了解过 LinkedHashMap，那么你一定知道，它也继承自 HashMap，唯一有区别的是，LinkedHashMap  底层数据结构基于循环链表实现，并且数组指定了头部和尾部，虽然数组的下标存储无序，但是却可以通过数组的头部和尾部，加上循环链表，依次可以查询到元素存储的过程，从而做到输入输出有序的特点。

如果还不了解 LinkedHashMap 的实现过程，可以参阅集合系列中关于 LinkedHashMap 的实现过程文章。

阅读 LinkedHashSet 的源码，类定义如下：

public class LinkedHashSet     extends HashSet     implements Set, Cloneable, java.io.Serializable {      public LinkedHashSet() {         //调用 HashSet 的方法         super(16, .75f, true);     } }

查询源码，super调用的方法，源码如下：

HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {     //初始化一个 LinkedHashMap     map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor); }

add方法

LinkedHashSet没有重写add方法，而是直接调用HashSet的add()方法，因为map的实现类是LinkedHashMap，所以此处是向LinkedHashMap中添加元素，当进行add()的时候，等价于

HashMap map = new LinkedHashMap<>(); map.put(e, new Object());//e 表示要添加的元素

remove方法

LinkedHashSet也没有重写remove方法，而是直接调用HashSet的删除方法，因为LinkedHashMap没有重写remove方法，所以调用的也是HashMap的remove方法，源码如下：

public boolean remove(Object o) {     //调用HashMap 的remove方法，移除元素     return map.remove(o)==PRESENT; }

查询方法

同样的，LinkedHashSet 没有提供 get 方法，使用迭代器或者 for 循环来遍历元素，方法如下：

public static void main(String[] args) {     Set linkedHashSet = new LinkedHashSet();     System.out.println("linkedHashSet初始容量大小："+linkedHashSet.size());     linkedHashSet.add("1");     linkedHashSet.add("2");     linkedHashSet.add("3");     linkedHashSet.add("3");     linkedHashSet.add("2");     linkedHashSet.add(null);     linkedHashSet.add(null);      System.out.println("linkedHashSet容量大小："+linkedHashSet.size());     //迭代器遍历     Iterator iterator = linkedHashSet.iterator();     while (iterator.hasNext()){         String str = iterator.next();         System.out.print(str + ",");     }      System.out.println("\n===========");     //增强for循环     for (String str : linkedHashSet) {         System.out.print(str + ",");     } }

输出结果：

linkedHashSet初始容量大小：0 linkedHashSet容量大小：4 1,2,3,null, =========== 1,2,3,null,

可见，LinkedHashSet 与 HashSet 相比，LinkedHashSet 输入输出有序。

04. TreeSet

TreeSet 是一个排序的集合，实现了NavigableSet、SortedSet、Set接口，底层基于 TreeMap 来实现。TreeSet 利用  TreeMap 中的key元素来存放元素，这一点我们也可以从源码上看出来，阅读源码，类定义如下：

public class TreeSet extends AbstractSet implements NavigableSet, Cloneable, java.io.Serializable {          //TreeSet 使用NavigableMap接口作为变量     private transient NavigableMap m;          /**对象初始化*/     public TreeSet() {         //默认实例化一个 TreeMap 对象         this(new TreeMap());     }          //对象初始化调用的方法     TreeSet(NavigableMap m) {         this.m = m;     } }

new TreeSet<>()对象实例化的时候，表达的意思，可以简化为如下：

NavigableMap m = new TreeMap();

因为TreeMap实现了NavigableMap接口，所以没啥问题。

public class TreeMap     extends AbstractMap     implements NavigableMap, Cloneable, java.io.Serializable{     ...... }

add方法

打开TreeSet的add()方法，源码如下：

public boolean add(E e) {     //向 TreeMap 中添加元素     return m.put(e, PRESENT)==null; }

其中变量PRESENT，也是是一个非空对象，源码部分如下：

private static final Object PRESENT = new Object();

可以分析出，当进行add()的时候，等价于

TreeMap map = new TreeMap<>(); map.put(e, new Object());//e 表示要添加的元素

TreeMap 类主要功能在于，给添加的集合元素，按照一个的规则进行了排序，默认以自然顺序进行排序，当然也可以自定义排序，比如测试方法如下：

public static void main(String[] args) {     Map initMap = new TreeMap();     initMap.put("4", "d");     initMap.put("3", "c");     initMap.put("1", "a");     initMap.put("2", "b");     //默认自然排序，key为升序     System.out.println("默认 排序结果:" + initMap.toString());     //自定义排序，在TreeMap初始化阶段传入Comparator 内部对象     Map comparatorMap = new TreeMap(new Comparator() {         @Override         public int compare(String o1, String o2){             //根据key比较大小，采用倒叙，以大到小排序             return o2.compareTo(o1);         }     });     comparatorMap.put("4", "d");     comparatorMap.put("3", "c");     comparatorMap.put("1", "a");     comparatorMap.put("2", "b");     System.out.println("自定义 排序结果:" + comparatorMap.toString()); }

输出结果：

默认 排序结果:{1=a, 2=b, 3=c, 4=d} 自定义 排序结果:{4=d, 3=c, 2=b, 1=a}

相信使用过TreeMap的朋友，一定知道TreeMap会自动将key按照一定规则进行排序，TreeSet正是使用了TreeMap这种特性，来实现添加的元素集合，在输出的时候，其结果是已经排序好的。

如果您没看过源码TreeMap的实现过程，可以参阅集合系列文章中TreeMap的实现过程介绍，或者阅读 jdk 源码。

remove方法

TreeSet 的删除方法，同样如此，也是基于 TreeMap 的底层实现，源码如下：

public boolean remove(Object o) {         //调用TreeMap 的remove方法，移除元素         return m.remove(o)==PRESENT; }

查询方法

TreeSet 没有重写 get 方法，而是使用迭代器或者 for 循环来遍历元素，方法如下：

public static void main(String[] args) {     Set treeSet = new TreeSet<>();     System.out.println("treeSet初始容量大小："+treeSet.size());     treeSet.add("1");     treeSet.add("4");     treeSet.add("3");     treeSet.add("8");     treeSet.add("5");      System.out.println("treeSet容量大小："+treeSet.size());     //迭代器遍历     Iterator iterator = treeSet.iterator();     while (iterator.hasNext()){         String str = iterator.next();         System.out.print(str + ",");     }      System.out.println("\n===========");     //增强for循环     for (String str : treeSet) {         System.out.print(str + ",");     } }

输出结果：

treeSet初始容量大小：0 treeSet容量大小：5 1,3,4,5,8, =========== 1,3,4,5,8,

自定义排序

使用自定义排序，有 2  种方法，第一种在需要添加的元素类，实现Comparable接口，重写compareTo方法来实现对元素进行比较，实现自定义排序。

方法一

/**   * 创建实体类Person实现Comparable接口   */ public class Person implements Comparable{     private int age;     private String name;     public Person(String name, int age){         this.name = name;         this.age = age;     }     @Override     public int compareTo(Person o){         //重写 compareTo 方法，自定义排序算法         return this.age-o.age;     }     @Override     public String toString(){         return name+":"+age;     } }

创建一个Person实体类，实现Comparable接口，重写compareTo方法，通过变量age实现自定义排序 测试方法如下：

public static void main(String[] args) {     Set treeSet = new TreeSet<>();     System.out.println("treeSet初始容量大小："+treeSet.size());     treeSet.add(new Person("李一",18));     treeSet.add(new Person("李二",17));     treeSet.add(new Person("李三",19));     treeSet.add(new Person("李四",21));     treeSet.add(new Person("李五",20));      System.out.println("treeSet容量大小："+treeSet.size());     System.out.println("按照年龄从小到大，自定义排序结果：");     //迭代器遍历     Iterator iterator = treeSet.iterator();     while (iterator.hasNext()){         Person person = iterator.next();         System.out.print(person.toString() + ",");     } }

输出结果：

treeSet初始容量大小：0 treeSet容量大小：5 按照年龄从小到大，自定义排序结果： 李二:17,李一:18,李三:19,李五:20,李四:21,

方法二

第二种方法是在TreeSet初始化阶段，Person不用实现Comparable接口，将Comparator接口以内部类的形式作为参数，初始化进去，方法如下：

public static void main(String[] args) {     //自定义排序     Set treeSet = new TreeSet<>(new Comparator(){         @Override         public int compare(Person o1, Person o2) {             if(o1 == null || o2 == null){                 //不用比较                 return 0;             }             //从小到大进行排序             return o1.getAge() - o2.getAge();         }     });     System.out.println("treeSet初始容量大小："+treeSet.size());     treeSet.add(new Person("李一",18));     treeSet.add(new Person("李二",17));     treeSet.add(new Person("李三",19));     treeSet.add(new Person("李四",21));     treeSet.add(new Person("李五",20));      System.out.println("treeSet容量大小："+treeSet.size());     System.out.println("按照年龄从小到大，自定义排序结果：");     //迭代器遍历     Iterator iterator = treeSet.iterator();     while (iterator.hasNext()){         Person person = iterator.next();         System.out.print(person.toString() + ",");     } }

输出结果：

treeSet初始容量大小：0 treeSet容量大小：5 按照年龄从小到大，自定义排序结果： 李二:17,李一:18,李三:19,李五:20,李四:21,

需要注意的是，TreeSet不能添加为空的元素，否则会报空指针错误!

05. EnumSet

EnumSet 是一个与枚举类型一起使用的专用 Set 集合，继承自AbstractSet抽象类。与 HashSet、LinkedHashSet  、TreeSet 不同的是，EnumSet 元素必须是Enum的类型，并且所有元素都必须来自同一个枚举类型，EnumSet 定义源码如下：

public abstract class EnumSet> extends AbstractSet     implements Cloneable, java.io.Serializable {     ...... }

EnumSet是一个虚类，不能直接通过实例化来获取对象，只能通过它提供的静态方法来返回EnumSet实现类的实例。

EnumSet的实现类有两个，分别是RegularEnumSet、JumboEnumSet两个类，两个实现类都继承自EnumSet。

EnumSet会根据枚举类型中元素的个数，来决定是返回哪一个实现类，当  EnumSet元素中的元素个数小于或者等于64，就会返回RegularEnumSet实例;当EnumSet元素个数大于64，就会返回JumboEnumSet实例。

这一点，我们可以从源码中看出，源码如下：

public static > EnumSet noneOf(Class elementType) {     Enum[] universe = getUniverse(elementType);     if (universe == null)         throw new ClassCastException(elementType + " not an enum");     //当元素个数小于或者等于 64 的时候，返回 RegularEnumSet     if (universe.length <= 64)         return new RegularEnumSet<>(elementType, universe);     else         //大于64，返回 JumboEnumSet         return new JumboEnumSet<>(elementType, universe); }

noneOf是EnumSet中一个静态方法，用于判断是返回哪一个实现类。

我们来看看当元素个数小于等于64的时候，使用RegularEnumSet的类，源码如下：

class RegularEnumSet> extends EnumSet {      /**元素为long型*/     private long elements = 0L;      /**添加元素*/     public boolean add(E e) {         typeCheck(e);          long oldElements = elements;         //二进制运算，获取元素         elements |= (1L << ((Enum)e).ordinal());         return elements != oldElements;     } }

RegularEnumSet 通过二进制运算得到结果，直接使用long来存放元素。

我们再来看看当元素个数大于64的时候，使用JumboEnumSet的类，源码如下：

class JumboEnumSet> extends EnumSet {      /**元素为long型*/     private long elements = 0L;      /**添加元素*/     public boolean add(E e) {         typeCheck(e);          int eOrdinal = e.ordinal();         int eWordNum = eOrdinal >>> 6;          long oldElements = elements[eWordNum];         //二进制运算         elements[eWordNum] |= (1L << eOrdinal);         //使用数组来操作元素         boolean result = (elements[eWordNum] != oldElements);         if (result)             size++;         return result;     } }

JumboEnumSet 也是通过二进制运算得到结果，使用long来存放元素，但是它是使用数组来存放元素。

二者相比，RegularEnumSet 效率比 JumboEnumSet 高些，因为操作步骤少，大多数情况下返回的是  RegularEnumSet，只有当枚举元素个数超过 64 的时候，会使用 JumboEnumSet。

添加元素

新建一个EnumEntity的枚举类型，定义2个参数。

public enum EnumEntity {     WOMAN,MAN; }

创建一个空的 EnumSet!

//创建一个 EnumSet，内容为空 EnumSet noneSet = EnumSet.noneOf(EnumEntity.class); System.out.println(noneSet);

输出结果：

[]

创建一个 EnumSet，并将枚举类型的元素全部添加进去!

//创建一个 EnumSet，将EnumEntity 元素内容添加到EnumSet中 EnumSet allSet = EnumSet.allOf(EnumEntity.class); System.out.println(allSet);

输出结果：

[WOMAN, MAN]

创建一个 EnumSet，添加指定的枚举元素!

//创建一个 EnumSet，添加 WOMAN 到 EnumSet 中 EnumSet customSet = EnumSet.of(EnumEntity.WOMAN); System.out.println(customSet);

查询元素

EnumSet与HashSet、LinkedHashSet、TreeSet一样，通过迭代器或者 for 循环来遍历元素，方法如下：

EnumSet allSet = EnumSet.allOf(EnumEntity.class); for (EnumEntity enumEntity : allSet) {     System.out.print(enumEntity + ","); }

输出结果：

WOMAN,MAN,

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文章题目：分析JavaSet集合
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