Java 集合-Set

Java 集合 - Set 详解

集合（Set）是用于存储和处理无重复元素的高效数据结构，映射表（Map）则类似目录，支持通过键值快速查询和获取对应值。例如检验某人是否在论文答辩名单中，用 Set 实现比线性表更高效；若需存储学生详细信息（如性别、身高、住址），可将名字作为键值，通过 Map 快速获取，Map 是这类场景的理想数据结构。

Set 体系结构

Set 接口扩展自 java.util.Collection<E> 接口，未引入新方法或常量，仅规定实例不包含重复元素。实现 Set 接口的具体类需确保不添加重复元素，核心实现类有 HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet。

Set 核心实现类详解

HashSet

HashSet 用于存储互不相同的元素，追求高效存储与访问。添加到 HashSet 中的对象需正确实现 hashCode 方法，确保散列码分散，减少哈希冲突。

核心特性

• 元素无序且唯一，基于哈希表实现。
• 若两个对象相等（equals 方法返回 true），其散列码必须相同；不相等对象可能有相同散列码，因此应该重写 hashCode 方法以避免出现太多这样的情况。
• Java API 中大多数类已实现 hashCode 方法，可直接使用。

构造方法

1. HashSet()：构造空散列集。
2. HashSet(Collection<? extends E> elements)：构造散列集并添加指定集合的所有元素。
3. HashSet(int initialCapacity)：构造指定容量（桶数）的空散列集。
4. HashSet(int initialCapacity, float loadFactor)：构造指定容量和装填因子的空散列集。装填因子是散列表填充百分比阈值（0.0~1.0），默认 0.75，是时间开销与空间开销的平衡值，超过阈值会触发再散列。

示例代码

HashSetDemo

package com.set;import java.util.HashSet;
import java.util.Set;/*** @author Jing61*/
public class HashSetDemo {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new HashSet<>();set.add("hello world1");set.add("hello world2");set.add("hello world3");set.add("hello world2");System.out.println(set); // 插入无序System.out.println(set.size()); // 3Set<Circle> set1 = new HashSet<>();set1.add(new Circle(1));set1.add(new Circle(2));set1.add(new Circle(3));set1.add(new Circle(3));System.out.println(set1);}
}

Circle

package com.set;import java.util.Objects;/*** @author Jing61*/
public class Circle {private double radius;public Circle(double radius) {this.radius = radius;}public double getRadius() {return radius;}public void setRadius(double radius) {this.radius = radius;}public double findArea() {return Math.PI * radius * radius;}@Overridepublic String toString() {return "Circle[radius=" + radius + "]";}/*** 如果圆半径相等,圆对象相等* jdk规定:如果两个对象相等，那么它们的hashcode值一定相等* 两个不相等的对象可能存在相同的hashcode---hash碰撞(hash冲突)*/@Overridepublic boolean equals(Object o) {System.out.println("如果hash冲突,会调用该equals方法比较链表上是否存在相等对象");if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;Circle circle = (Circle) o;return Double.compare(radius, circle.radius) == 0;}@Overridepublic int hashCode() {System.out.println("保存前都会调用该对象的hashcode方法确定hash值");return Double.hashCode(radius);}
}

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LinkedHashSet

LinkedHashSet 继承自 HashSet，通过链表扩展功能，支持元素排序。

核心特性

• 继承 HashSet 的所有特性，保证元素唯一。
• 维护元素插入顺序，可按插入顺序遍历元素，解决 HashSet 无序问题。
• 性能略低于 HashSet，但遍历效率更高（链表保证顺序）。

构造方法

1. LinkedHashSet()：构造空 LinkedHashSet。
2. LinkedHashSet(Collection<? extends E> elements)：构造 LinkedHashSet 并添加指定集合的所有元素。
3. LinkedHashSet(int initialCapacity)：构造指定容量的空 LinkedHashSet。
4. LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor)：构造指定容量和装填因子的空 LinkedHashSet。

示例代码

package com.set;import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;/*** @author Jing61*/
public class LinkedHashSetTest {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new LinkedHashSet<>();set.add("peppa");set.add("emily");set.add("pedro");set.add("jorge");set.add("peppa");System.out.println(set);for (var e : set)System.out.println(e.toUpperCase());}
}

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TreeSet

TreeSet 基于红黑树实现，能确保集合元素有序排列。

核心特性

• 元素唯一且有序，排序方式分为自然排序和定制排序。
• 无哈希冲突问题，查询、插入、删除操作时间复杂度为 O(log n)。
• 需元素支持排序（实现 Comparable 接口）或创建实例时指定外部比较器（Comparator）。

构造方法

1. TreeSet()：构造空 TreeSet，默认按自然排序（元素需实现 Comparable 接口）。
2. TreeSet(Collection<? extends E> elements)：构造 TreeSet 并添加指定集合元素，按自然排序。
3. TreeSet(Comparator<? super E> comparator)：构造空 TreeSet，按指定比较器排序。
4. TreeSet(SortedSet<E> s)：构造 TreeSet，包含指定 SortedSet 的元素，沿用其排序规则。

示例代码

package com.set;import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;public class TreeSetTest {public static void main(String[] args) {// 字符串自然排序（按字典序）Set<String> set = new TreeSet<>();set.add("peppa");set.add("emily");set.add("pedro");set.add("jorge");set.add("peppa"); // 重复元素，添加失败System.out.println(set); // 输出：[emily, jorge, peppa, pedro]（字典序排序）/** 定制排序：Circle 按半径降序排列* 1. 方式一：Circle 实现 Comparable 接口（自然排序）* 2. 方式二：创建实例时指定外部比较器（定制排序）*/Set<Circle> circles = new TreeSet<>((Circle c1, Circle c2) -> c1.getRadius() == c2.getRadius() ? 0 : (c1.getRadius() < c2.getRadius() ? 1 : -1));circles.add(new Circle(4));circles.add(new Circle(2));circles.add(new Circle(3));circles.add(new Circle(3)); // 重复元素，添加失败System.out.println(circles); // 输出：[Circle{radius=4}, Circle{radius=3}, Circle{radius=2}]（降序）}
}

复用上述 Circle 类（已实现 equals 和 hashCode，支持 Comparable 自然排序）

class Circle implements Comparable<Circle> {private double radius;public Circle(double radius) {this.radius = radius;}public double getRadius() {return radius;}public void setRadius(double radius) {this.radius = radius;}public double findArea() {return Math.PI * radius * radius;}@Overridepublic String toString() {return "Circle[radius=" + radius + "]";}/*** 如果圆半径相等,圆对象相等* jdk规定:如果两个对象相等，那么它们的hashcode值一定相等* 两个不相等的对象可能存在相同的hashcode---hash碰撞(hash冲突)*/@Overridepublic boolean equals(Object o) {System.out.println("如果hash冲突,会调用该equals方法比较链表上是否存在相等对象");if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;Circle circle = (Circle) o;return Double.compare(radius, circle.radius) == 0;}@Overridepublic int hashCode() {System.out.println("保存前都会调用该对象的hashcode方法确定hash值");return Double.hashCode(radius);}// 自然排序：按半径升序@Overridepublic int compareTo(Circle o) {return Integer.compare(this.radius, o.radius);}
}

实现类选择建议

1. 无需排序时，优先选 HashSet：效率最高，适合高频插入、删除和查找操作。
2. 需保持插入顺序时，选 LinkedHashSet：兼顾唯一性和顺序性，遍历效率优。
3. 需有序存储（自然排序/定制排序）时，选 TreeSet：无需额外排序操作，但元素需支持排序或指定比较器，性能略低于前两者。