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Java中Set集合的使用和底层原理解析

作者：蓝桉cyq

这篇文章主要介绍了Java中Set集合的使用和底层原理,Set集合的功能上基本上与Collection的API一致, Set集合没有扩展额外的API，本文通过示例代码给大家详细讲解，需要的朋友可以参考下

Set系列集合介绍

Set集合概述

Set系列集合特点:

无序：存取数据的顺序是不一定的, 当数据存入后, 集合的顺序就固定下来了

不重复：可以去除重复

无索引：没有带索引的方法，所以不能使用普通for循环遍历，也不能通过索引来获取元素。

Set集合实现类特点:

HashSet : 无序、不重复、无索引。

public static void main(String[] args) {
  	// 无序, 不重复, 无索引
    Set<String> sets = new HashSet<>();
    sets.add("MySQL");
    sets.add("MySQL");
    sets.add("JAVA");
    sets.add("JAVA");
    sets.add("HTML");
    sets.add("HTML");
    sets.add("Vue");
    sets.add("Vue");
    System.out.println(sets); // [JAVA, MySQL, Vue, HTML]
}

LinkedHashSet：有序、不重复、无索引。

public static void main(String[] args) {
  	// 有序、不重复、无索引
    Set<String> sets = new LinkedHashSet<>();
    sets.add("MySQL");
    sets.add("MySQL");
    sets.add("JAVA");
    sets.add("JAVA");
    sets.add("HTML");
    sets.add("HTML");
    sets.add("Vue");
    sets.add("Vue");
    System.out.println(sets); // [MySQL, JAVA, HTML, Vue]
}

TreeSet：排序: 默认升序、不重复、无索引。

public static void main(String[] args) {
    // 排序、不重复、无索引
    Set<Integer> sets = new TreeSet<>();
    sets.add(10);
    sets.add(10);
    sets.add(20);
    sets.add(20);
    sets.add(30);
    sets.add(30);
    sets.add(40);
    sets.add(40);
    sets.add(50);
    sets.add(50);
    System.out.println(sets); // [10, 20, 30, 40, 50]
}

Set集合的功能上基本上与Collection的API一致, Set集合没有扩展额外的API。

HashSet无序原理

HashSet集合底层采取哈希表存储的数据。

哈希表是一种对于增删改查数据性能都较好的结构。

哈希表的组成:

JDK8之前的，底层使用数组+链表组成

JDK8开始后，底层采用数组+链表+红黑树组成。

哈希表是一种对于增删改查数据性能都较好的结构。

在了解哈希表之前需要先理解哈希值的概念

哈希值:

是JDK根据对象的地址，按照某种规则算出来的int类型的数值。

获取哈希值: 通过Object类的API:

public int hashCode()：返回对象的哈希值

对象的哈希值特点:

同一个对象多次调用hashCode()方法返回的哈希值是相同的

public static void main(String[] args) {
    String address = "成都市";
    System.out.println(address.hashCode()); // 25299637
    System.out.println(address.hashCode()); // 25299637
    System.out.println(address.hashCode()); // 25299637
}

默认情况下，不同对象的哈希值是不同的。

public static void main(String[] args) {
    String address = "成都市";
    System.out.println(address.hashCode()); // 25299637
    System.out.println(address.hashCode()); // 25299637
    System.out.println(address.hashCode()); // 25299637

    String address2 = "重庆市";
    System.out.println(address2.hashCode()); // 36643529
}

JDK8之前的版本HashSet原理解析：数组 + 链表 +（结合哈希算法）, 详细流程如下:

底层会默认创建一个默认长度16的数组，数组名table

在这里插入图片描述

根据元素的哈希值跟数组的长度求余计算出应存入的位置（哈希算法）

例如数组长度是16, 哈希值与16取余, 得出的结果一定是0到15之间的数字

判断当前位置是否为null，如果是null直接存入如果位置不为null，表示有元素，则调用equals方法比较如果一样，则不存，如果不一样，则存入数组

在JDK 7中, 新元素占老元素位置，并且新元素会指向老元素

在JDK 8中, 新元素挂在老元素下面

JDK8之后的版本HashSet原理解析:

底层结构：哈希表（数组、链表、红黑树的结合体）

当挂在元素下面的数据过多时，查询性能降低，从JDK8开始后，当链表长度超过8的时候，自动转换为红黑树。

在这里插入图片描述

JDK8开始后，哈希表对于红黑树的引入进一步提高了操作数据的性能。

Set集合对象去重

HashSet去重注意点:

Set集合在比较两个对象时, 默认比较的是两个对象的地址是否一致, 若地址不同则认为是两个不同的对象;

而如果希望Set集合认为2个内容一样的对象是重复的，则需要自己重写对象的hashCode()和equals()方法

我们来看下面这样一个案例:

需求: 创建一个存储学生对象的集合，存储多个学生对象，使用程序实现在控制台遍历该集合，要求：学生对象的成员变量值相同，我们就认为是同一个对象

分析:

定义学生类，创建Set集合对象, 创建学生对象
把学生添加到集合
在学生类中重写两个方法，hashCode()和equals()，自动生成即可

步骤一: 定义学生类

public class Student {
    private String name;
    private int age;
    private int id;

    // 构造器
    public Student() {};

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

    // getter和setter方法
    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }
  
    // 重写toString方法
    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", id=" + id +
                '}';
    }
}

步骤二: 创建学生对象和HashSet集合, 并将学生对象存入HashSet集合中, 如下代码:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合存储学生对象
        Set<Student> students = new HashSet<>();
        // 创建学生对象
        Student stu1 = new Student("小明", 18, 101);
        Student stu2 = new Student("小明", 18, 101);
        Student stu3 = new Student("小王", 20, 102);
        // 将学生对象添加到集合中
        students.add(stu1);
        students.add(stu2);
        students.add(stu3);

        System.out.println(students);
        // 打印结果如下: 
        //  [Student{name='小明', age=18, id=101}, 
        //  Student{name='小明', age=18, id=101}, 
        //  Student{name='小王', age=20, id=102}]
    }
}

步骤三: 我们发现步骤二代码中, stu1和stu2对象的内容完全一样, 但是由于对象的地址不一样, 会被当成两个不同的对象存入到集合中; 因此我们需要在学生类中重写两个方法，hashCode()和equals()，自动生成即可

@Override
public boolean equals(Object o) {
    if (this == o) return true;
    if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
    Student student = (Student) o;
    return age == student.age && id == student.id && Objects.equals(name, student.name);
}

@Override
public int hashCode() {
  	// 该方法传入的参数相同, 就会返回相同的哈希值
    return Objects.hash(name, age, id);
}

步骤四: 此时再将stu1和stu2对象存入集合, 由于内容一样就会被去掉重复的

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合存储学生对象
        Set<Student> students = new HashSet<>();
        // 创建学生对象
        Student stu1 = new Student("小明", 18, 101);
        Student stu2 = new Student("小明", 18, 101);
        Student stu3 = new Student("小王", 20, 102);
        // 将学生对象添加到集合中
        students.add(stu1);
        students.add(stu2);
        students.add(stu3);

        System.out.println(students);
        //  [Student{name='小王', age=20, id=102}, Student{name='小明', age=18, id=101}]
    }
}

LinkedHashSet

LinkedHashSet集合概述和特点:

有序、不重复、无索引。

这里的有序指的是保证存储和取出的元素顺序一致

原理：

底层数据结构是依然哈希表，只是每个元素又额外的多了一个双链表的机制记录存储的顺序。

在这里插入图片描述

TreeSet排序规则

TreeSet集合特点:

不重复、无索引、可排序

可排序：按照元素的大小默认升序（有小到大）排序。

TreeSet集合底层是基于红黑树的数据结构实现排序的，增删改查性能都较好。

注意：TreeSet集合是一定要排序的，可以将元素按照指定的规则进行排序。

TreeSet默认排序规则:

对于数值类型：Integer , Double，官方默认按照大小进行升序排序。

public static void main(String[] args) {
    Set<Integer> sets1 = new TreeSet<>();
    sets1.add(50);
    sets1.add(10);
    sets1.add(30);
    sets1.add(20);
    System.out.println(sets1); // [10, 20, 30, 50]

    Set<Double> sets2 = new TreeSet<>();
    sets2.add(10.11);
    sets2.add(20.22);
    sets2.add(43.22);
    sets2.add(8.22);
    System.out.println(sets2); // [8.22, 10.11, 20.22, 43.22]
}

对于字符串类型：默认按照首字符的编号升序排序。

public static void main(String[] args) {
    Set<String> sets = new TreeSet<>();
    sets.add("bbb");
    sets.add("eee");
    sets.add("aaa");
    sets.add("ccc");
    System.out.println(sets); // [aaa, bbb, ccc, eee]
}

对于自定义类型如Student对象，TreeSet无法直接排序, 需要制定排序规则; 例如下面代码中向集合中添加学生类, TreeSet是无法进行排序的, 会崩溃报错。

// 错误演示
public static void main(String[] args) {
    // 创建学生对象
    Student stu1 = new Student("小明", 18, 101);
    Student stu2 = new Student("小赵", 18, 102);
    Student stu3 = new Student("小王", 18, 103);
    // 创建集合
    Set<Student> students = new TreeSet<>();
    students.add(stu1);
    students.add(stu2);
    students.add(stu3);
    System.out.println(students);
}

自定义排序规则: TreeSet集合存储对象的的时候有2种方式可以设计自定义比较规则

方式一: 让自定义的类（如学生类）实现Comparable接口, 并重写compareTo方法来定制比较规则。

// 实现Comparable接口
public class Student implements Comparable<Student> {
  	// 其他代码...
  
  	// 重写compareTo方法
    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        // 例如按照id进行排序
        return this.id - o.id;
    }
}
public static void main(String[] args) {
    // 创建学生对象
    Student stu1 = new Student("小明", 18, 101);
    Student stu2 = new Student("小赵", 18, 102);
    Student stu3 = new Student("小王", 18, 103);
    // 创建集合
    Set<Student> students = new TreeSet<>();
    students.add(stu1);
    students.add(stu2);
    students.add(stu3);
    System.out.println(students);
    // 打印结果: 按照id升序
    // [Student{name='小明', age=18, id=101}, 
    // Student{name='小赵', age=18, id=102}, 
    // Student{name='小王', age=18, id=103}]
}

方式二: TreeSet集合有参数构造器自带比较器对象，来进行定制比较规则, 并且该方法如果和方式一同时出现, 会优先使用此方法的比较规则。

public class SetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建学生对象
        Student stu1 = new Student("小明", 18, 101);
        Student stu2 = new Student("小赵", 18, 102);
        Student stu3 = new Student("小王", 18, 103);
        // 创建集合
        // 方式二: 使用构造器自带的比较器对象
        Set<Student> students = new TreeSet<>(new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
                return o2.getId() - o1.getId();
            }
        });
        students.add(stu1);
        students.add(stu2);
        students.add(stu3);
        System.out.println(students);
        // 打印结果: 按照id降序
        // [Student{name='小王', age=18, id=103},
        // Student{name='小赵', age=18, id=102},
        // Student{name='小明', age=18, id=101}]
    }
}

并且可以使用Lambda表达式简化代码

public class SetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建学生对象
        Student stu1 = new Student("小明", 18, 101);
        Student stu2 = new Student("小赵", 18, 102);
        Student stu3 = new Student("小王", 18, 103);
        // 创建集合
        // 方式二: 使用构造器自带的比较器对象
        Set<Student> students = new TreeSet<>((Student o1, Student o2) -> o2.getId() - o1.getId());
        
        students.add(stu1);
        students.add(stu2);
        students.add(stu3);
        System.out.println(students);
        // 打印结果: 按照id降序
        // [Student{name='小王', age=18, id=103},
        // Student{name='小赵', age=18, id=102},
        // Student{name='小明', age=18, id=101}]
    }
}

到此这篇关于Java中Set集合的使用和底层原理的文章就介绍到这了,更多相关Java中Set集合的使用内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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