单列集合之Set集合以及各种实现类

news2024/11/13 16:08:05

Set集合

Set接口也是Collection单列结合的一个子接口，set集合中没有提供其他额外的方法，但是相比较Collection集合新增了其他的特性。所有实现了Set接口的类都可以叫做Set集合。

Coliection接口中的方法：Collection集合的方法

Set集合不允许包含相同的元素，也就是元素唯一，其中元素的存储顺序大多数无序，部分有序。

Set集合的遍历方式和Collection集合一样：foreach和Iterator。

Set接口的常用实现类：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet。

Set集合结构图

HashSet集合

HashSet类是Set接口的典型实现类，在使用Set集合的时候大多数使用的就是这个实现类。

java.util.HashSet底层使用的java.util.HashMap中的key进行存储数据，底层的实现是一个Hash表。

简化Hash表
在JDK1.7以及之前，hash表存链表的方式是使用的头插法的方式，但是这样容易导致死循环（多线程）。
在JDK1.8及之后，链表节点由头插法改成了尾插法。

HashSet是按照Hash表进行存储数据，采用了Hash算法，因此具有很好的查询和查找性能。

如何使用HashSet集合判断两个元素是否相同？
HashSet集合判断两个元素相等的标准： 1、两个对象通过hashCode()方法比较hashCode是否相同， 2、比较两个元素对象的equals()方法返回值是否为true。 因此，存储到HashSet集合中的元素要重写hashCode和equals方法。

1、创建生日类：

public class Birthday {

    private int year;

    private int month;

    private int day;

    public Birthday() {
    }

    public Birthday(int year, int month, int day) {
        this.year = year;
        this.month = month;
        this.day = day;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = result * prime + year;
        result = result * prime + month;
        result = result *prime + day;
        return result;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj){return true;}
        if (obj == null){return false;}
        if (this.getClass() != obj.getClass()){return false;}
        Birthday birthday = (Birthday) obj;
        if (this.year!= birthday.year){return false;}
        if (this.month != birthday.month){return false;}
        if (this.day != birthday.day){return false;}
        return true;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Birthday{" +
                "year=" + year +
                ", month=" + month +
                ", day=" + day +
                '}';
    }

    public int getYear() {
        return year;
    }

    public void setYear(int year) {
        this.year = year;
    }

    public int getMonth() {
        return month;
    }

    public void setMonth(int month) {
        this.month = month;
    }

    public int getDay() {
        return day;
    }

    public void setDay(int day) {
        this.day = day;
    }
}

2、创建员工类：

public class Employee {

    private Integer id;

    private String name;

    private Birthday birthday;

    public Employee() {
    }

    public Employee(Integer id, String name, Birthday birthday) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.birthday = birthday;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = result * prime + ((id == null) ? 0 : id.hashCode());
        result = result * prime + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
        result = result * prime + ((birthday == null) ? 0 : birthday.hashCode());
        return result;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this==obj){return true;}
        if (obj==null){return false;}
        if (this.getClass()!=obj.getClass()){return false;}
        Employee employeeOther = (Employee) obj;
        if (this.id==null){
            if (employeeOther.id!=null){return false;}
        }else if (!this.id.equals(employeeOther.id)){return false;}
        if (this.name==null){
            if (employeeOther.name!=null){return false;}
        }else if (!this.name.equals(employeeOther.name)){return false;}
        if (this.birthday==null){
            if (employeeOther.birthday!=null){return false;}
        }else if (!this.birthday.equals(employeeOther.birthday)){return false;}
        return true;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Employee{" +
                "id=" + id +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", birthday=" + birthday +
                '}';
    }

    public Integer getId() {
        return id;
    }

    public void setId(Integer id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

    public Birthday getBirthday() {
        return birthday;
    }

    public void setBirthday(Birthday birthday) {
        this.birthday = birthday;
    }
}

3、测试Set集合：

public class HashSetTest {
    public static void main(String[] args) {
        Set<Employee> set = new HashSet<>();

        set.add(new Employee(1001,"员工亿",new Birthday(1998,10,10)));
        set.add(new Employee(1001,"员工亿",new Birthday(1998,10,10)));
        set.add(new Employee(1002,"员工万",new Birthday(1999,11,6)));
        set.add(new Employee(1003,"员工富",new Birthday(1998,10,7)));

        for (Employee employee : set) {
            System.out.println("employee = " + employee);
        }
    }
}

结果：
HashSet测试结果
注意：可以看出来输出的结果和存入的顺序不一致，重复的元素只输出一个

LinkedHashSet集合

LinkedHashSet集合是HashSet集合的子类，也是位于java.util.LinkedHashSet包下的一个实现类。LinkedHashSet是在HashSet的基础上为每一个元素添加了before和after属性，保证了添加元素的前后顺序。LinkedHashSet的数据存储结构是：Hash表+链表。对于插入性能略低于HashSet，但是实现了有序，在迭代访问元素时有很好的性能。

LinkedHashSet的存储结构图：
LinkedHashSet的存储结构图
代码测试：

public class LinkedHashSetTest {

    public static void main(String[] args) {
        Set<Employee> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();

        linkedHashSet.add(new Employee(1001,"员工甲",new Birthday(2000,1,1)));
        linkedHashSet.add(new Employee(1002 ,"员工乙",new Birthday(2000,2,2)));
        linkedHashSet.add(new Employee(1003,"员工丙",new Birthday(2000,3,3)));

        Iterator<Employee> iterator = linkedHashSet.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            Employee employee = iterator.next();
            System.out.println("employee = " + employee);
        }
    }

}

结果：
LinkedHashSet测试结果
这里可以看到结果是和存储数据的时候一致。

TreeSet集合

在上面的LinkedHashSet中实现了Set集合的有序性，而在TreeSet集合中实现了Set集合中元素的排序。

TreeSet集合是位于java.util包下的一个集合类，底层结构维护的一个TreeMap，是基于红黑树实现的一个集合。

红黑树：一种相对平衡的二叉树，查询效率高于链表，增删效率高于数组。

二叉搜索树：每个节点的左边所有子节点都小于或等于节点本身，每个节点的右边结点都大于或等于节点本身。

平衡二叉树：每个节点的左右子树高度差不能超过1

二叉树的遍历方式有：

  • 前序遍历：中-左-右
  • 中序遍历：左-中-右
  • 后序遍历：左-右-中

在TreeSet集合中采用的遍历方式是中序遍历

二叉树

  • 前序遍历：33,15,11,6,12,18,40,34,62
  • 中序遍历：6,11,12,15,18,33,34,40,62
  • 后序遍历：6,12,11,18,15,34,62,40,33

TreeSet集合的特点：

  • 元素唯一且无序
  • 实现了排序

在TreeSet集合中如何实现排序的呢？

  • 按照字符串的Unicode编码值进行排序
  • 按照自定义排序：存入的元素实现Comparable接口中的重写compareTo(Object obj)方法进行排序
  • 按照定制排序：在集合创建的过程中，构造器传入一个新建的Comparator接口，也就是匿名内部类的形式重写compare(Object o1,Object o2)方法
  1. 按照Unicode编码进行排序：
public class TreeSetTest {

    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<String> treeSet = new TreeSet<>();

        treeSet.add("set");
        treeSet.add("hashSet");
        treeSet.add("linkedHashSet");
        treeSet.add("treeSet");

        /*treeSet.add(1);
        treeSet.add(7);
        treeSet.add(5);
        treeSet.add(3);
        System.out.println("treeSet = " + treeSet); //treeSet = [1, 3, 5, 7]*/

        System.out.println("treeSet = " + treeSet); //treeSet = [hashSet, linkedHashSet, set, treeSet]
    }
}

String类也实现了Comparable接口

  1. 使用自定义的默认排序
public class Employee implements Comparable<Employee>{

    private Integer id;

    private String name;

    @Override
    public int compareTo(Employee o) {
        int i = o.id.compareTo(this.id)==0? 0:o.id.compareTo(this.id);
        i = o.name.compareTo(this.name)==0? i:o.name.compareTo(this.name);
        return i;
    }

    public Employee() {
    }

    public Employee(Integer id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = result * prime + ((id == null) ? 0 : id.hashCode());
        result = result * prime + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
        return result;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this==obj){return true;}
        if (obj==null){return false;}
        if (this.getClass()!=obj.getClass()){return false;}
        Employee employeeOther = (Employee) obj;
        if (this.id==null){
            if (employeeOther.id!=null){return false;}
        }else if (!this.id.equals(employeeOther.id)){return false;}
        if (this.name==null){
            if (employeeOther.name!=null){return false;}
        }else if (!this.name.equals(employeeOther.name)){return false;}
        return true;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Employee{" +
                "id=" + id +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    public Integer getId() {
        return id;
    }

    public void setId(Integer id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

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

}

测试：

public class TreeSetTest {

    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Employee> treeSet = new TreeSet<>();
        
        treeSet.add(new Employee(1001,"员工甲"));
        treeSet.add(new Employee(1002 ,"员工乙"));
        treeSet.add(new Employee(1003,"员工丙"));

        System.out.println("treeSet = " + treeSet);

    }
}

注意：这里使用的是Employee重写的compareTo方法的排序规则

结果演示：

实现Comparable接口的排序结果

  1. 使用定制排序规则

不需要实现Comparable接口

public class Birthday {

    private int year;

    private int month;

    private int day;

    public Birthday() {
    }

    public Birthday(int year, int month, int day) {
        this.year = year;
        this.month = month;
        this.day = day;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = result * prime + year;
        result = result * prime + month;
        result = result *prime + day;
        return result;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj){return true;}
        if (obj == null){return false;}
        if (this.getClass() != obj.getClass()){return false;}
        Birthday birthday = (Birthday) obj;
        if (this.year!= birthday.year){return false;}
        if (this.month != birthday.month){return false;}
        if (this.day != birthday.day){return false;}
        return true;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Birthday{" +
                "year=" + year +
                ", month=" + month +
                ", day=" + day +
                '}';
    }

    public int getYear() {
        return year;
    }

    public void setYear(int year) {
        this.year = year;
    }

    public int getMonth() {
        return month;
    }

    public void setMonth(int month) {
        this.month = month;
    }

    public int getDay() {
        return day;
    }

    public void setDay(int day) {
        this.day = day;
    }
}

实现匿名内部类

public class TreeSetTest {

    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Birthday> treeSet = new TreeSet<>(new Comparator<Birthday>() {
            @Override
            public int compare(Birthday o1, Birthday o2) {
                int i =o1.getDay()-o2.getDay();
                i = (o1.getMonth()-o2.getMonth())==0? i:(o1.getMonth()-o2.getMonth());
                i = (o1.getYear()-o2.getYear()) == 0? i:(o1.getYear()-o2.getYear());
                return i;
            }
        });

        treeSet.add(new Birthday(1998,10,10));
        treeSet.add(new Birthday(1999,11,6));
        treeSet.add(new Birthday(1998,10,7));

        System.out.println("treeSet = " + treeSet);
    }
}

结果演示：
TreeSet匿名内部类结果演示
注意：在使用TreeSet集合进行出元素时，存入的元素会显赫已有的元素进行判断，如果判断结果为负数，则放到左边，判断结果为正数放到右边，如果为0则覆盖原来的值。

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