进阶JAVA篇-深入了解 Set 系列集合

news2024/10/7 6:28:38

目录

        1.0 Set 类的说明

        1.1 Set 类的特点

        1.2 Set 类的常用API

        2.0 HashSet 集合的说明

        2.1 从 HashSet 集合的底层原理来解释是如何实现该特性

        2.2 HashSet 集合的优缺点

        2.3 深入理解 HashSet 集合去重的机制

        2.4 如何快速编写已经重写好的 hashCode 和 equals 方法

        3.0 TreeSet 集合的说明

        1.0 Set 类的说明

        Set 类是 Java 中的一个集合类，它实现了 Set 接口。Set 是一个不允许包含重复元素的集合，它是通过哈希表实现的，不保证元素的顺序。

        1.1 Set 类的特点

  1. 不允许包含重复元素：Set 类中的元素是唯一的，如果试图向 Set 中添加重复元素，则添加操作将被忽略。
  2. 无序性：Set 类中的元素没有固定的顺序，元素的顺序可能发生变化。
  3. 不可变性：Set 类中的元素是不可变的，即不能修改 Set 中的元素。如果需要修改元素，需要先将元素从 Set 中删除，然后再添加修改后的元素。
  4. 元素的唯一性：Set 类中的元素是通过 hashCode() 和 equals() 方法来判断是否相等的。如果两个元素的 hashCode 值相等，并且 equals 方法返回 true，则认为这两个元素相等。

          1.2 Set 类的常用API

以代码的形式来介绍：

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class Text_Set {
    public static void main(String[] args) {

        //由于 Set 类是子接口，故不能直接创建该类的对象，
        //所以用 Set 类的实现类 HashSet 类来实现该接口的方法
        Set<String> set = new HashSet<>();
        //1. add(element)：向set中添加一个元素。
        set.add("张三");
        set.add("李四");
        set.add("王五");
        set.add("张麻子");
        System.out.println(set);
        //输出结果为：[李四, 张三, 王五, 张麻子]

        //2. remove(element)：从set中删除一个元素。
        set.remove("张麻子");
        System.out.println(set);
        //输出的结果为：[李四, 张三, 王五]

        //3. contains(element)：判断set中是否包含指定的元素。
        boolean b = set.contains("张麻子");
        System.out.println(b);
        //输出的结果为：false

        //4. size()：获取set的大小，即set中元素的个数。
        int i = set.size();
        System.out.println(i);
        //输出的结果为: 3

        //5. isEmpty()：判断set是否为空，即set中是否没有元素。
        boolean a = set.isEmpty();
        System.out.println(a);
        //输出结果为：false

        //6. clear()：清空Set，即删除Set中的所有元素。
        set.clear();
        System.out.println(set);
        //输出的结果为：[]
    }
}

运行结果如下：

        其实这些方法都是 Set 子接口继承了 Collection 父接口的方法，有关 Collection 接口的常用 API 介绍在以下链接：

进阶JAVA篇- Collection 类的常用的API与 Collection 集合的遍历方式-CSDN博客

        

        2.0 HashSet 集合的说明

        HashSet 是 Java 中的一个集合类，它实现了 Set 接口。HashSet 基于哈希表实现，不保证元素的顺序，且不允许包含重复元素。简单来说，继承了 Set 的特性：无序、不可重复、无索引。

        2.1 从 HashSet 集合的底层原理来解释是如何实现该特性

        HashSet 集合是基于哈希表来实现的，又可以简单的认为是基于数组、链表、红黑树来实现的。

        补充哈希值的知识点：就是 int 类型的数值，Java 中的每一对象都有一个哈希值，都可以通过调用 Object 类提供的 hashCode() 方法，返回该对象自己的哈希值。

        要注意的是：一个相同的对象多次调用 hashCode() 方法返回的哈希值是相同的。对于不同对象调用 hashCode() 方法返回大多数的哈希值是不一致的，但是也有可能会相同（哈希碰撞）。

JDK8之前 HashSet 集合的底层原理：

Set<String> set = new HashSet<>();

        首先，在执行以上代码的时候，底层会创建一个默认为16的数组，默认加载因子为0.75，数组名为table .

        

set.add("张三");

        然后，在执行到以上代码的时候，使用该字符串对象的哈希值对长度求余计算出相应存入的位置。比如这个对象的哈希值为 3%16 == 3，应该会放到数组下标为3的数组内存中，因此在这里我们就可以解释了 HashSet() 类的无序性，并不是按添加元素的前后顺序而放到数组内存中的。

        在此之前并不着急存入，先要判断当前的位置是否为 null ，如果是 null 直接回存入，如果不是 null，表示有元素，则回调用 equals 方法来比较相等，则不存；不相等，则存入到数组中。因此在这里我们就可以解释了 HashSet() 类的不可重复性。

        如果数组快占满的时候，链表会过长，导致查询性能下降，这时候就会扩容，如果元素增加超过当前数组长度  * 默认加载因子，即 16 * 0.75 == 12 ，超过12是，就会自动扩容。

        从JDK8开始，如果链表长度超过8，且数组长度 >= 64时，会自动将链表转变为红黑树。

        2.2 HashSet 集合的优缺点

        HashSet 集合基于这种哈希表的数据结构，查询、增加、删除、修改元素速度都很快，性能很高。

        2.3 深入理解 HashSet 集合去重的机制

        由于 HashSet 集合默认不能对内容相同的不同对象去重。

代码如下：

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class Text_Set {

    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student("张三",19);
        Student s2 = new Student("张三",19);

        Set<Student> studentSet = new HashSet<>();
        studentSet.add(s1);
        studentSet.add(s2);
        System.out.println(studentSet);
    }
}

运行结果如下：

        内容相同的两个不同对象。

       HashSet 中的元素是通过 hashCode 和 equals 方法来判断是否相等的。如果两个元素的hashCode 值相等，并且 equals 方法返回 true，则认为这两个元素相等。

        具体的解决办法就是将两个内容相同的不同对象改为相同的哈希值。需要重写两个方法，hashCode 和 equals 方法 。

完整代码如下：

Student 类：

import java.util.Objects;

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

    public Student() {
    }

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

    @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 && Objects.equals(name, student.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, 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 +
                '}';
    }
}
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class Text_Set {

    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student("张三",19);
        Student s2 = new Student("张三",19);

        Set<Student> studentSet = new HashSet<>();
        studentSet.add(s1);
        studentSet.add(s2);
        System.out.println(studentSet);
    }
}

运行结果如下：

        2.4 如何快速编写已经重写好的 hashCode 和 equals 方法

        在 IDEA 中已经帮我们写好了这些方法。在该类中点击右键，选择点击”生成“，最后选择重写这两个方法即可。

        3.0 TreeSet 集合的说明

        TreeSet 是 Java 中的一个集合类，它实现了 Set 接口，是一个有序的集合。TreeSet 底层是通过红黑树来实现的，可以保证元素的有序性。其特性是有序（升序）、不可重复、无索引。

        对于自定的类型如 Student 类型，TreeSet 默认是不能排序的。

  1. Comparable接口： Comparable 接口是 Java 提供的一个用于比较对象的接口，它定义了一个 compareTo 方法，用于比较当前对象和另一个对象的大小关系。如果一个类实现了Comparable 接口，就表示该类的对象是可比较的，可以用于排序。
  2. Comparator 接口： Comparator 接口是 Java 提供的一个用于比较对象的接口，它定义了一个 compare 方法，用于比较两个对象的大小关系。与 Comparable 接口不同的是，Comparator 接口可以在排序时动态地指定比较规则，而不需要修改被比较的类。

具体解决代码如下：

方法一：

Student 类

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

    public Student() {
    }

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

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        return this.age - o.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 +
                '}';
    }
}
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;

public class Text_TreeSet {
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student("张三",19);
        Student s2 = new Student("李四",33);
        Student s3 = new Student("王五",21);

        Set<Student> studentSet = new TreeSet<>();
        studentSet.add(s1);
        studentSet.add(s2);
        studentSet.add(s3);
        System.out.println(studentSet);

    }
}

运行结果如下：

 方法二：（为了区分前面的方法，按降序的方法来排序）

import java.util.Comparator;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;

public class Text_TreeSet {
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student("张三",19);
        Student s2 = new Student("李四",33);
        Student s3 = new Student("王五",21);

        Set<Student> studentSet = new TreeSet<>(new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
                return o2.getAge()-o1.getAge();
            }
        });
        studentSet.add(s1);
        studentSet.add(s2);
        studentSet.add(s3);
        System.out.println(studentSet);

    }
}

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