【Java集合】Set集合背后的秘密：为什么它比List接口更严格？
- 云端源想
- 更新于 2023-11-22 11:19
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上篇我们介绍了单列集合中常用的list接口，本篇我们来聊聊单列集合中的另外一个重要接口Set集合。1Set介绍java.util.Set接口和java.util.List接口一样，同样实现了Collection接口，它与Collection接口中的方法基本一致，并没有对Collectio
上篇我们介绍了单列集合中常用的list接口，本篇我们来聊聊单列集合中的另外一个重要接口Set集合。
1 Set 介绍
java.util.Set接口和java.util.List接口一样，同样实现了Collection接口，它与Collection接口中的方法基本一致，并没有对Collection接口进行功能上的扩充，只是比Collection接口更加严格了。
与List接口不同的是，Set接口中元素无序，并且都会以某种规则保证存入的元素不出现重复，这里的某种规则，我们在后面中给大家揭秘，大家不要着急。
- 无序
- 不可重复
它没有索引，所以不能使用普通for 循环进行遍历。
Set 集合 遍历元素的方式 迭代器，增强for
来，我们通过案例练习来看看
//创建集合对象
HashSet<String> hs = new HashSet<String>();
//使用Collection的方法添加元素
hs.add("hello");
hs.add("world");
hs.add("java");
//无法添加，在执行这行代码时，会报错误
hs.add("world");
//遍历
for(String s : hs) {
System.out.println(s);
}- Set接口类型，定义变量，Collection的常用方法
add()没有报错，说明Set 完全实现了Collection中的方法； - 在添加代码
hs.add("world");无法加入，验证了 Set的不可重复； - 多次运行遍历发现，输入的顺序是改变的，说明Set是无序的。
Set集合有多个实现子类，这里我们介绍其中的java.util.HashSet、java.util.LinkedHashSet这两个集合。
2 HashSet 集合介绍
通过java文档，我们知道java.util.HashSet是Set接口的一个实现类
- 它所存储的元素是不可重复的
- 元素都是无序的(即存取顺序不一致)
- 没有索引，没有带索引的方法，也不能使用普通for循环遍历
- java.util.HashSet 是由哈希表(实际上是一个 HashMap 实例)支持，换句话说它的底层的实现数据结构是 哈希表结构，而哈希表结构的特点是查询速度非常快。
我们先来使用一下HashSet集合，体验一下，在进行讲解：
public class Demo1Set {
public static void main(String[] args) {
//创建集合对象
HashSet<String> hs = new HashSet<String>();
//添加元素
hs.add("hello");
hs.add("world");
hs.add("java");
hs.add("world");
//使用增强for遍历
for(String s : hs) {
System.out.println(s);
}
}
}
输出结果如下
world
java
hello
***发现world 单词只存储了一个，集合中没有重复元素***3 HashSet集合存储数据的结构
3.1 哈希表数据结构
我们在前面的文章中，已经介绍过基本的数据结构，大家可以回顾下。
哈希表是什么呢？简单的理解，在Java中，哈希表有两个版本，在jdk1.8 之前，哈希表 = 数组+链表 ，而在 jdk1.8 之后，哈希表 = 数组+链表+红黑树(一种特殊的二叉树) 我们在这里对哈希表的讲述，为了便于我们学习，只需要记住它在计算机中的结构图即可。
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再一个，现在我们大多使用的jdk版本是1.8之后的，所以我们讲解的哈希表结构是 第二个版本。 废话不多说，来看看图吧：
- 我们在之前已经介绍过数组和链表的结构图，所以我们在这里就来简单介绍一下红黑树结构。
我们在生活中树的结构，树根-树枝-叶子。计算机世界的树，刚好与我们现实中的树成镜像相反，树根在上，树枝在下。那每个树枝上只有不超过两个叶子的就叫做二叉树，而红黑树就是我们一颗特殊的二叉树，结构就是这样： 
-
说完红黑二叉树呢，我们来看看我们的哈希表结构图：
- 有数组
- 有链表
- 有红黑树
3.2 哈希值
我们刚刚通过哈希表的介绍，知道 元素在结构中的存放位置，是根据hash值来决定的，而 链表的长度达到某些条件就可能触发把链表演化为一个红黑树结构。那么hash值是什么呢？说白了就是个数字，只不过是通过一定算法计算出来的。\ 接下来我们介绍一下：
- 哈希值：是JDK 根据对象地址或者字符串或者数字算出来的 int 类型的数值
- 如何获取哈希值？
在java基础中，我们学习过 Object类是所有类的基类，每个类都默认继承Object类。通过API 文档查找，有个方法 public int hashCode()：返回对象的哈希码值。
我们看下这个方法的使用
首先定义一个person类
具有两个属性，设置getset方法，设置构造函数
public class Demo2HashCode {
public static void main(String[] args) {
String str1 = "hello";
String str2 = new String("hello");
System.out.println("str1 hashcode =" + str1.hashCode());
System.out.println("str2 hashcode =" + str2.hashCode());
//通过上下两段代码的对比，我们可以知道 String 类重写了HashCode()方法。
Student student = new Student("玛丽", 20);
Student student2 = new Student("沈腾", 30);
System.out.println("student hashcode =" + student.hashCode());
System.out.println("student2 hashcode =" + student2.hashCode());
}
}好，我们了解了hash值概念和获取方式，那我们就来看看元素事怎么加入到 hashset中的
3.3 添加元素过程
那么向 HashSet集合中，添加一个元素时，到底执行了哪些流程呢？ 首先我们在实例化HashSet 对象，同过api文档，在调用空参构造器后，创建了一个长度为16的数组。 其次在调用add方法之后，它的执行流程如下：
-
根据对象的哈希值计算存储位置
如果当前位置没有元素则直接存入 如果当前位置有元素存在，则进入第二步 -
当前元素的元素和已经存在的元素比较哈希值如果哈希值不同，则将当前元素进行存储如果哈希值相同，则进入第三步
-
通过equals()方法比较两个元素的内容如果内容不相同，则将当前元素进行存储如果内容相同，则不存储当前元素流程图来表示：
了解了元素添加的原理后，在添加元素的过程中，如果说某一条链表达到一定数量，就会触发条件，去演化为一条红黑树，防止我们学起来太吃力，在这里不做深入探究。
总而言之，JDK1.8引入红黑树大程度优化了HashMap的性能，那么对于我们来讲保证HashSet集合元素的唯一，其实就是根据对象的hashCode和equals方法来决定的。如果我们往集合中存放自定义的对象，那么保证其唯一，就必须复写hashCode和equals方法建立属于当前对象的比较方式。
4 HashSet 存储自定义类型元素
//优化后的student
public class Student {
private String name;
private int age;
public Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
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;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
@Override
public boolean equals(Object o) {
if (this == o) return true;
if (!(o instanceof Student)) return false;
Student student = (Student) o;
if (age != student.age) return false;
return name.equals(student.name);
}
@Override
public int hashCode() {
int result = name.hashCode();
result = 31 * result + age;
return result;
}
}
public class Demo3HashSet {
public static void main(String[] args) {
HashSet<Student> students = new HashSet<>();
Student student = new Student("玛丽", 20);
Student student2 = new Student("沈腾", 30);
Student student3 = new Student("沈腾", 30);
students.add(student);
students.add(student2);
students.add(student3);
for (Student studentObj : students) {
System.out.println("Hashset 元素=" + studentObj);
}
}
}
执行结果
Hashset 元素=Student{name='玛丽', age=20}
Hashset 元素=Student{name='沈腾', age=30}5 LinkedHashSet
我们知道HashSet 保证元素的唯一，可以元素存放进去是没有顺序的，那么我们有没有办法保证有序呢？ 打开API文档，我们查看 HashSet下面有一个子类 java.util.LinkedHashSet，这个名字听起来和我们之前学过的LinedList 有点像呢。
通过文档，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。 简单的理解为：在进行集合添加元素的同时，不仅经过程序的执行形成一个哈希表结构，还维护了一个记录插入前后顺序的双向链表。 我们通过案例来感受一下：
public class Demo4LinkedHashSet {
public static void main(String[] args) {
// Set<String> demo = new HashSet<>();
Set<String> demo = new LinkedHashSet<>();
demo.add("hello");
demo.add("world");
demo.add("ni");
demo.add("hao");
demo.add("hello");
for (String content : demo) {
System.out.println("---" + content);
}
}
}
执行结果：
第一次：
---world
---hao
---hello
---ni
第二次：
---hello
---world
---ni
---hao小结
到这里我们已经讲完了单列集合的两种基本接口，分别是List 和 Set，然后通过一些简单的案例，我们也初步了解了它们的使用，其实大家可能还是有些懵逼的；但是在这里，还是要多练习，多看看别人的代码，看看别的优秀的代码，是在怎样的场景下使用的，是怎么互相转换使用的；
希望在大家阅读这个系列文章的时候，一方面使一些刚学习的新人，有所帮助；一方面为一些已经工作了一段时间的朋友，温故而知新；更重要的一点，让大家知道，技术的出现，是为了解决问题而创造出来的，他本来就是为了解决生活的难题，只不过使用了一些好的，快捷的方式而已。
可能文章中有些地方讲的不恰当，大家可以私信，探讨探讨，互相提高。本篇就到这里，happy ending！
