第二章 Set系列集合和Set接口

Set集合概述：前面学习了Collection集合下的List集合，现在继续学习它的另一个分支，Set集合。

set系列集合的特点：

Set接口：

java.util.Set接口和java.util.List接口一样，同样继承自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接口都会以某种规则保证存入的元素不出现重复。

Set集合有多个子类，这里我们介绍其中的java.util.HashSet、java.util.LinkedHashSet、java.util.TreeSet这两个集合。

tips:Set集合取出元素的方式可以采用：迭代器、增强for。

2.1 HashSet集合介绍

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，并且元素都是无序的(即存取顺序不能保证不一致)。java.util.HashSet底层的实现其实是一个java.util.HashMap支持，由于我们暂时还未学习，先做了解。

HashSet是根据对象的哈希值来确定元素在集合中的存储位置，因此具有良好的存储和查找性能。保证元素唯一性的方式依赖于：hashCode与equals方法。

我们先来使用一下Set集合存储，看下现象，再进行原理的讲解:

public class HashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建 Set集合
        HashSet<String>  set = new HashSet<String>();

        //添加元素
        set.add(new String("cba"));
        set.add("abc");
        set.add("bac"); 
        set.add("cba");  
        //遍历
        for (String name : set) {
            System.out.println(name);
        }
    }
}

输出结果如下，说明集合中不能存储重复元素：

cba
abc
bac

tips:根据结果我们发现字符串"cba"只存储了一个，也就是说重复的元素set集合不存储。

为了方便理解，我们再给出一个例子：

我们发现重复的的第二个“111”字符串没有被添加进去，说明HashSet的特点就是像上面所说的，有去重复的功能，或者说不能添加重复的数据。因此打印只打印了一个字符串：“111”

再看：

添加的顺序是"111"、"333"、"222"，但是打印的顺序是"111"、"222"、"333"，说明打印顺序和添加顺序没有关系，也就是存的顺序和取的顺序不一致。也就是说HashSet是无序的。其实在底层是用HashMap实现的，后面会细说。

至于无索引怎么体现呢，可以到JDK参考文档里查看，HashSet集合里没有获取索引的方法。因此这也是它的一个特点：无索引。

HashSet在开发中的使用场景：

可以利用HashSet的特性给数据去重

代码示例：

//练习需求：给ArrayList进行去重
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("aaa");
list.add("aaa");
list.add("bbb");
list.add("bbb");
list.add("ccc");
list.add("ccc");
System.out.println(list);


//可以利用HashSet的特性给数据去重
HashSet<String> hs = new HashSet<>();
//把list集合中所有的元素全部添加到hs当中
hs.addAll(list);

//无序
System.out.println(hs);

运行结果：

2.2 HashSet集合存储数据的结构（哈希表）

什么是哈希表呢？在了解哈希表之前先得知道哈希值：

JDK1.7的哈希值：

关于更多哈希值的知识点请查看课件PPT的内容。

在JDK1.8之前，哈希表底层采用数组+链表实现，即使用数组处理冲突，同一hash值的链表都存储在一个数组里。但是当位于一个桶中的元素较多，即hash值相等的元素较多时，通过key值依次查找的效率较低。而JDK1.8中，哈希表存储采用数组+链表+红黑树实现，当链表长度超过阈值（8）时，且数组长度大于等于64时，将链表转换为红黑树，这样大大减少了查找时间。

简单的来说，哈希表是由数组+链表+红黑树（JDK1.8增加了红黑树部分）实现的，如下图所示。

看到这张图就有人要问了，这个是怎么存储的呢？

为了方便大家的理解我们结合一个存储流程图来说明一下：

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，就必须重写hashCode和equals方法建立属于当前对象的比较方式。

哈希表详细流程：

2.3 HashSet存储自定义类型元素

给HashSet中存放自定义类型元素时，比如学生类型，需要重写对象中的hashCode和equals方法，建立自己的比较方式，才能保证HashSet集合中的对象唯一.

创建自定义Student类:

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


    public Student() {
    }

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

    /**
     * 获取
     * @return name
     */
    public String getName() {
        return name;
    }

    /**
     * 设置
     * @param name
     */
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    /**
     * 获取
     * @return age
     */
    public int getAge() {
        return age;
    }



    /**
     * 设置
     * @param age
     */
    public void setAge(int age) {
        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 toString() {
        return "Student{name = " + name + ", age = " + age + "}";
    }
}

创建测试类:

public class HashSetDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合
        HashSet<Student> hs = new HashSet<>();

        //如果在Student类中，没有重写hashCode和equals方法
        //都是操作的都是地址值。
        //如果我们认为，属性相同，就是同一个对象，那么就需要重写hashCode和equals方法
        //添加元素
        hs.add(new Student("zhangsan",23));
        hs.add(new Student("zhangsan",23));
        hs.add(new Student("zhangsan",23));

        System.out.println(hs);
    }
}

这段代码可能理解不透彻，我细说一下，现在就是创建一个学生类Student类，学生属性有姓名跟年龄，我们用快捷键生成标准javabean类后，如下：

注意啊，现在没有重写equals方法和hashCode方法，我们在测试类写入如下代码并运行：

发现重复的元素也添加进去了，这是为什么？？不是说HashSet不是有不重复的特点吗？为啥上面那个String就不能添加重复的元素，而自定义的Student类不能。这就是我们要讨论的问题。当添加的元素是自己自定义的类型后，就需要重写equals方法和hashCode方法。快捷键：alt+insert：

原来这个快捷键每一项都是有用的，现在学了很多了。重写后我们再运行上面那个代码：

发现现在不能添加重复的元素了。总结：再用HashSet集合添加自定义元素（除了java提供的都叫自定义元素）时，都要重写equals和hashCode方法才能保证它的不重复性。前面那个String之所以不能添加重复元素，是因为在String类已经重写equals和hashCode方法了。其他包装类也是如此。

2.4 LinkedHashSet

我们知道HashSet保证元素唯一，可是元素存放进去是没有顺序的，那么我们要保证有序，怎么办呢？

在HashSet下面有一个子类java.util.LinkedHashSet，它是链表和哈希表组合的一个数据存储结构。它能使得元素存放时是有序的。但是在以后的开发中，LinkedHashSet用的不多，因为它的底层多了一个双向链表，效率有点低。以后用hashSet的比较多。

先看一个代码：

发现添加元素的顺序和打印的顺序是一致的。相比hashSet，LinkHashSet就多了一个有序性。

演示代码如下:

public class LinkedHashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> set = new LinkedHashSet<String>();
        set.add("bbb");
        set.add("aaa");
        set.add("abc");
        set.add("bbc");
        Iterator<String> it = set.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next());
        }
    }
}
结果：
  bbb
  aaa
  abc
  bbc

2.5 TreeSet集合

1. 特点

TreeSet集合是Set接口的一个实现类,底层依赖于TreeMap,是一种基于红黑树的实现,其特点为：

元素唯一（不能添加重复的元素）

元素没有索引

使用元素的自然顺序对元素进行排序，或者根据创建 TreeSet 时提供的 Comparator比较器进行排序，具体取决于使用的构造方法：

先看一个案例：

发现Integer打印的是默认升序排序，且不能添加重复的元素。

2.排序方式一：默认方式

默认的排序方式，也叫做自然排序。

是让Javabean类实现Comparable接口，重写里面的compareTo方法来实现的。

注意点：

1.Java已经写好的String，Integer已经定义好了默认规则。

String：按照首字母的字典顺序排序，如果首字母一样，则比较第二个字母。

Integer：升序

2.我们自己定义了Javabean类需要指定默认排序规则，否则会报错。

代码示例1（存自定义对象）：

package com.itheima.a04treesetdemo;

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

    //...空参...
    //...有参...
    //...get和set方法...
    //...toString方法...

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        //按照年龄进行排序
        //this表示当前要添加的元素
        //o：已经在树里面存在的元素
        //如果结果是负数，那么就存左边（降序）
        //如果结果是正数，那么就存右边（升序）
        //如果结果是0，认为现在要添加的元素跟当前元素一直，就不存

        //System.out.println("this:" + this);
        //System.out.println("o:" + o);
        return this.age - o.age;
    }
}

代码示例2（存Integer）：

案例演示自然排序(20,18,23,22,17,24,19):

public static void main(String[] args) {
    //无参构造,默认使用元素的自然顺序进行排序
    TreeSet<Integer> set = new TreeSet<Integer>();
    set.add(20);
    set.add(18);
    set.add(23);
    set.add(22);
    set.add(17);
    set.add(24);
    set.add(19);
    System.out.println(set);
}

控制台的输出结果为:
[17, 18, 19, 20, 22, 23, 24]

3.排序方式二：比较器排序

创建集合对象时，传递Comparator实现类的对象，并重写compare方法。

并在使用的时候，默认用第一种，当第一种不能满足要求的时候，可以用第二种排序方式。

比如，Integer默认升序，如果我想降序排列，就需要用第二种了。

比如，String默认按照字典的顺序排列，如果我想按照字符串的长度排列，就需要用第二种了。

案例：

演示比较器排序(20,18,23,22,17,24,19):

public static void main(String[] args) {
    //有参构造,传入比较器,使用比较器对元素进行排序
    TreeSet<Integer> set = new TreeSet<Integer>(new Comparator<Integer>() {
        @Override
        public int compare(Integer o1, Integer o2) {
            //元素前 - 元素后 : 升序
            //元素后 - 元素前 : 降序（C语言库的快速排序算法就是这个原理）
            return o2 - o1;
        }
    });
    set.add(20);
    set.add(18);
    set.add(23);
    set.add(22);
    set.add(17);
    set.add(24);
    set.add(19);
    System.out.println(set);
}

控制台的输出结果为:
[24, 23, 22, 20, 19, 18, 17]

2.6练习-存储学生信息按照总分排序

需求：

需求：键盘录入3个学生信息(姓名,语文成绩,数学成绩,英语成绩),按照总分从高到低输出到控制台

隐藏的排序规则：总分一致还得按照语文，数学，英语，姓名这样的顺序排序。

分析

①定义学生类

②创建TreeSet集合对象，通过进行排序

③创建学生对象

④把学生对象添加到集合

⑤遍历集合

注意：

在指定顺序的时候默认按照自然排序方式，当自然排序不能满足我们的要求时，就用比较器排序。

代码示例：

public class Student implements Comparable<Student>{
    private String name;
    private double chinese;
    private double math;
    private double english;
    
    ...空参构造...
    ...带参构造...
    ...get和set方法...
    ...toString方法...    

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        //this o
        double sum1 = this.chinese + this.math + this.english;
        double sum2 = o.chinese + o.math + o.english;
        double sum = sum1 - sum2;

        //总分一样，看语文
        double result = sum == 0 ? this.chinese - o.chinese : sum;
        //语文一样，看数学
        result = result == 0 ? this.math - o.math : result;
        //学生一样，看英语
        result = result == 0 ? this.english - o.english : result;
        //英语一样，看姓名
        result = result == 0 ? this.name.compareTo(o.name) : result;
        return (int)result;
    }
}



public class TreeSetTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建集合
        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<>();

        //2.
        //只要使用TreeSet就一定要指定排序规则。
        //首先默认按照自然排序
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            System.out.println("请输入学生的姓名");
            String name = sc.next();
            System.out.println("请输入语文成绩");
            double chinese = sc.nextDouble();
            System.out.println("请输入数学成绩");
            double math = sc.nextDouble();
            System.out.println("请输入英语成绩");
            double english = sc.nextDouble();

            Student s = new Student(name,chinese,math,english);
            ts.add(s);
        }
        //打印
        System.out.println(ts);
    }
}

这个代码含金量很高，一定要掌握，自己手动写出来！！TreeSet的内容差不多就这些了，掌握到这里就已经不错了！

单列集合总结：