【Java】—— 集合框架：Collection子接口：Set不同实现类的对比及使用(HashSet、LinkedHashSet、TreeSet)

news2024/11/25 22:56:31

目录

5. Collection子接口2：Set

5.1 Set接口概述

5.2 Set主要实现类：HashSet

5.2.1 HashSet概述

5.2.2 HashSet中添加元素的过程：

5.2.3 重写 hashCode() 方法的基本原则

5.2.4 重写equals()方法的基本原则

5.2.5 练习

5.3 Set实现类之二：LinkedHashSet

5.4 Set实现类之三：TreeSet

5.4.1 TreeSet概述

5. Collection子接口2：Set

5.1 Set接口概述

  • Set接口是Collection的子接口，Set接口相较于Collection接口没有提供额外的方法

  • Set 集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个 Set 集合中，则添加操作失败。

  • Set集合支持的遍历方式和Collection集合一样：foreach和Iterator。

  • Set的常用实现类有：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet。

5.2 Set主要实现类：HashSet

5.2.1 HashSet概述

  • HashSet 是 Set 接口的主要实现类，大多数时候使用 Set 集合时都使用这个实现类。

  • HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存储、查找、删除性能。

  • HashSet 具有以下特点：

    • 不能保证元素的排列顺序

    • HashSet 不是线程安全的

    • 集合元素可以是 null

  • HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法得到的哈希值相等，并且两个对象的 equals()方法返回值为true。

  • 对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写hashCode()和equals(Object obj)方法，以实现对象相等规则。即：“相等的对象必须具有相等的散列码”。

  • HashSet集合中元素的无序性，不等同于随机性。这里的无序性与元素的添加位置有关。具体来说：我们在添加每一个元素到数组中时，具体的存储位置是由元素的hashCode()调用后返回的hash值决定的。导致在数组中每个元素不是依次紧密存放的，表现出一定的无序性。

5.2.2 HashSet中添加元素的过程：

  • 第1步：当向 HashSet 集合中存入一个元素时，HashSet 会调用该对象的 hashCode() 方法得到该对象的 hashCode值，然后根据 hashCode值，通过某个散列函数决定该对象在 HashSet 底层数组中的存储位置。

  • 第2步：如果要在数组中存储的位置上没有元素，则直接添加成功。

  • 第3步：如果要在数组中存储的位置上有元素，则继续比较：

    • 如果两个元素的hashCode值不相等，则添加成功；

    • 如果两个元素的hashCode()值相等，则会继续调用equals()方法：

      • 如果equals()方法结果为false，则添加成功。

      • 如果equals()方法结果为true，则添加失败。

    第2步添加成功，元素会保存在底层数组中。

    第3步两种添加成功的操作，由于该底层数组的位置已经有元素了，则会通过链表的方式继续链接，存储。

5.2.3 重写 hashCode() 方法的基本原则

  • 在程序运行时，同一个对象多次调用 hashCode() 方法应该返回相同的值。

  • 当两个对象的 equals() 方法比较返回 true 时，这两个对象的 hashCode() 方法的返回值也应相等。

  • 对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值。

注意：如果两个元素的 equals() 方法返回 true，但它们的 hashCode() 返回值不相等，hashSet 将会把它们存储在不同的位置，但依然可以添加成功。

5.2.4 重写equals()方法的基本原则

  • 重写equals方法的时候一般都需要同时复写hashCode方法。通常参与计算hashCode的对象的属性也应该参与到equals()中进行计算。

  • 推荐：开发中直接调用Eclipse/IDEA里的快捷键自动重写equals()和hashCode()方法即可。

    • 为什么用Eclipse/IDEA复写hashCode方法，有31这个数字？

首先，选择系数的时候要选择尽量大的系数。因为如果计算出来的hash地址越大，所谓的“冲突”就越少，查找起来效率也会提高。（减少冲突）

其次，31只占用5bits,相乘造成数据溢出的概率较小。

再次，31可以 由i*31== (i<<5)-1来表示,现在很多虚拟机里面都有做相关优化。（提高算法效率）

最后，31是一个素数，素数作用就是如果我用一个数字来乘以这个素数，那么最终出来的结果只能被素数本身和被乘数还有1来整除！(减少冲突)

5.2.5 练习

练习1：在List内去除重复数字值，要求尽量简单

public static List duplicateList(List list) {
      HashSet set = new HashSet();
      set.addAll(list);
      return new ArrayList(set);
}
public static void main(String[] args) {
      List list = new ArrayList();
      list.add(new Integer(1));
      list.add(new Integer(2));
      list.add(new Integer(2));
      list.add(new Integer(4));
      list.add(new Integer(4));
      List list2 = duplicateList(list);
      for (Object integer : list2) {
          System.out.println(integer);
      }
}

练习2：获取随机数

        编写一个程序，获取10个1至20的随机数，要求随机数不能重复。并把最终的随机数输出到控制台。

public class RandomValueTest {
	public static void main(String[] args) {
		HashSet hs = new HashSet(); // 创建集合对象
		Random r = new Random();
		while (hs.size() < 10) {
			int num = r.nextInt(20) + 1; // 生成1到20的随机数
			hs.add(num);
		}

		for (Integer integer : hs) { // 遍历集合
			System.out.println(integer); // 打印每一个元素
		}
	}
}

练习3：去重

        使用Scanner从键盘读取一行输入，去掉其中重复字符，打印出不同的那些字符。比如：aaaabbbcccddd

public class DistinctTest {
	public static void main(String[] args) {
		Scanner sc = new Scanner(System.in); // 创建键盘录入对象
		System.out.println("请输入一行字符串:");
		String line = sc.nextLine(); // 将键盘录入的字符串存储在line中
		char[] arr = line.toCharArray(); // 将字符串转换成字符数组
        
		HashSet hs = new HashSet(); // 创建HashSet集合对象

		for (Object c : arr) { // 遍历字符数组
			hs.add(c); // 将字符数组中的字符添加到集合中
		}

		for (Object ch : hs) { // 遍历集合
			System.out.print(ch);
		}
	}
}

5.3 Set实现类之二：LinkedHashSet

  • LinkedHashSet 是 HashSet 的子类，不允许集合元素重复。

  • LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，但它同时使用双向链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以添加顺序保存的。

  • LinkedHashSet插入性能略低于 HashSet，但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。

5.4 Set实现类之三：TreeSet

5.4.1 TreeSet概述

  • TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以按照添加的元素的指定的属性的大小顺序进行遍历。

  • TreeSet底层使用红黑树结构存储数据

  • 新增的方法如下： (了解)

    • Comparator comparator()

    • Object first()

    • Object last()

    • Object lower(Object e)

    • Object higher(Object e)

    • SortedSet subSet(fromElement, toElement)

    • SortedSet headSet(toElement)

    • SortedSet tailSet(fromElement)

  • TreeSet特点：不允许重复、实现排序（自然排序或定制排序）

  • TreeSet 两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet 采用自然排序。

    • 自然排序：TreeSet 会调用集合元素的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序(默认情况)排列。

      • 如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时，则该对象的类必须实现 Comparable 接口。

      • 实现 Comparable 的类必须实现 compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过 compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。

    • 定制排序：如果元素所属的类没有实现Comparable接口，或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过Comparator接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2)方法。

      • 利用int compare(T o1,T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表示o1大于o2；如果返回0，表示相等；返回负整数，表示o1小于o2。

      • 要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。

  • 因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向 TreeSet 中添加的应该是同一个类的对象。

  • 对于 TreeSet 集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过 compareTo(Object obj) 或compare(Object o1,Object o2)方法比较返回值。返回值为0，则认为两个对象相等。

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