单点突破:Set
阅读原文时间:2023年07月08日阅读:1

HashSet

  • HashSet存放的是散列值,它是按照元素的散列值来存取元素的。

  • 元素的散列值通过hashCode方法计算

  • HashSet通过判断两个元素的Hash值是否相等,如果相等就会用equals方法比较,如果equals方法也返回true则视为同一个元素

  • 继承于AbstractSet,并且实现了Set接口

  • 不会出现重复元素(Set的特性),添加重复元素是不生效的;

  • 添加的元素是无序的;

  • 可以出现NULL;

  • 底层基于HashMap,HashSet的操作函数,实际上都是通过map实现的;

  • 线程不安全

  • 去重

  • 集合运算

    booleanadd(E object)
    voidclear()
    Object clone()
    booleancontains(Object object)
    booleanisEmpty()
    Iterator iterator()
    booleanremove(Object object)
    intsize()

基于HashMap实现的,默认构造函数是构建一个初始容量为16,负载因子为0.75 的HashMap。封装了一个 HashMap 对象来存储所有的集合元素,所有放入 HashSet 中的集合元素实际上由 HashMap 的 key 来保存,而 HashMap 的 value 则存储了一个 PRESENT,它是一个静态的 Object 对象。

import java.util.AbstractSet;
import java.util.Collection;
import java.util.HashMap;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Set;

import javax.swing.text.html.HTMLDocument.Iterator;

public class HashSet<E>
     extends AbstractSet<E>
     implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;
    // 底层使用HashMap来保存HashSet中所有元素。
    private transient HashMap<E,Object> map;
    // 定义一个虚拟的Object对象作为HashMap的value,将此对象定义为static final。
    private static final Object PRESENT = new Object(); 

    // 默认的无参构造器,构造一个空的HashSet。
    // 实际底层会初始化一个空的HashMap,并使用默认初始容量为16和加载因子0.75。
    public HashSet() {
        map = new HashMap<E,Object>();
    } 

    // 构造一个包含指定collection中的元素的新set。
    //
    // 实际底层使用默认的加载因子0.75和足以包含指定
    // collection中所有元素的初始容量来创建一个HashMap。
    // @param c 其中的元素将存放在此set中的collection。 

    public HashSet(Collection<? extends E> c) {
        map = new HashMap<E,Object>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
        addAll(c);
    } 

    // 以指定的initialCapacity和loadFactor构造一个空的HashSet。
    //
    // 实际底层以相应的参数构造一个空的HashMap。
    // @param initialCapacity 初始容量。
    // @param loadFactor 加载因子。 

    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
    } 

    // 以指定的initialCapacity构造一个空的HashSet。
    //
    // 实际底层以相应的参数及加载因子loadFactor为0.75构造一个空的HashMap。
    // @param initialCapacity 初始容量。 

    public HashSet(int initialCapacity) {
        map = new HashMap<E,Object>(initialCapacity);
    } 

    // 以指定的initialCapacity和loadFactor构造一个新的空链接哈希集合。
    // 此构造函数为包访问权限,不对外公开,实际只是是对LinkedHashSet的支持。
    //
    // 实际底层会以指定的参数构造一个空LinkedHashMap实例来实现。
    // @param initialCapacity 初始容量。
    // @param loadFactor 加载因子。
    // @param dummy 标记。 

    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
        map = new LinkedHashMap<E,Object>(initialCapacity, loadFactor);
    } 

    // 返回对此set中元素进行迭代的迭代器。返回元素的顺序并不是特定的。
    //
    // 底层实际调用底层HashMap的keySet来返回所有的key。
    // 可见HashSet中的元素,只是存放在了底层HashMap的key上,
    // value使用一个static final的Object对象标识。
    // @return 对此set中元素进行迭代的Iterator。 

     public Iterator<E> iterator() {
         return map.keySet().iterator();
     } 

    // 返回此set中的元素的数量(set的容量)。
    //
    // 底层实际调用HashMap的size()方法返回Entry的数量,就得到该Set中元素的个数。
    // @return 此set中的元素的数量(set的容量)。 

    public int size() {
        return map.size();
    } 

    // 如果此set不包含任何元素,则返回true。
    //
    // 底层实际调用HashMap的isEmpty()判断该HashSet是否为空。
    // @return 如果此set不包含任何元素,则返回true。 

    public boolean isEmpty() {
        return map.isEmpty();
    } 

    // 如果此set包含指定元素,则返回true。
    // 更确切地讲,当且仅当此set包含一个满足(o==null ? e==null : o.equals(e))
    // 的e元素时,返回true。
    //
    // 底层实际调用HashMap的containsKey判断是否包含指定key。
    // @param o 在此set中的存在已得到测试的元素。
    // @return 如果此set包含指定元素,则返回true。 

    public boolean contains(Object o) {
        return map.containsKey(o);
    } 

    // 如果此set中尚未包含指定元素,则添加指定元素。
    // 更确切地讲,如果此 set 没有包含满足(e==null ? e2==null : e.equals(e2))
    // 的元素e2,则向此set 添加指定的元素e。
    // 如果此set已包含该元素,则该调用不更改set并返回false。 

    // 底层实际将将该元素作为key放入HashMap。
    // 由于HashMap的put()方法添加key-value对时,当新放入HashMap的Entry中key
    //与集合中原有Entry的key相同(hashCode()返回值相等,通过equals比较也返回true),
    //新添加的Entry的value会将覆盖原来Entry的value,但key不会有任何改变,
    // 因此如果向HashSet中添加一个已经存在的元素时,新添加的集合元素将不会被放入HashMap中,
    // 原来的元素也不会有任何改变,这也就满足了Set中元素不重复的特性。
    // @param e 将添加到此set中的元素。
    // @return 如果此set尚未包含指定元素,则返回true。 

    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    } 

    // 如果指定元素存在于此set中,则将其移除。
    // 更确切地讲,如果此set包含一个满足(o==null ? e==null : o.equals(e))的元素e,
    // 则将其移除。如果此set已包含该元素,则返回true
    // (或者:如果此set因调用而发生更改,则返回true)。(一旦调用返回,则此set不再包含该元素)。
    //
    // 底层实际调用HashMap的remove方法删除指定Entry。
    // @param o 如果存在于此set中则需要将其移除的对象。
    // @return 如果set包含指定元素,则返回true。 

    public boolean remove(Object o) {
        return map.remove(o)==PRESENT;
    } 

    // 从此set中移除所有元素。此调用返回后,该set将为空。
    //
    // 底层实际调用HashMap的clear方法清空Entry中所有元素。 

    public void clear() {
        map.clear();
    } 

    // 返回此HashSet实例的浅表副本:并没有复制这些元素本身。 

    // 底层实际调用HashMap的clone()方法,获取HashMap的浅表副本,并设置到HashSet中。 

    public Object clone() {
        try {
            HashSet<E> newSet = (HashSet<E>) super.clone();
            newSet.map = (HashMap<E, Object>) map.clone();
            return newSet;
          } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new InternalError();
          }
    }
}

方式一:通过Iterator遍历HashSet(推荐)

第一步:根据iterator()获取HashSet的迭代器。

第二步:遍历迭代器获取各个元素。

  • 用for

    // 假设set是HashSet对象
    for(Iterator iterator = set.iterator();
    iterator.hasNext(); ) {
    System.out.println(iterator.next().toString());
    }

  • 用while

    // 假设set是HashSet对象
    Iterator iterator = set.iterator();
    while(iterator.hasNext())
    System.out.println(iterator.next().toString());

方式二:转化为数组遍历HashSet(不推荐)

第一步:根据toArray()获取HashSet的元素集合对应的数组。

第二步:遍历数组,获取各个元素。

// 假设set是HashSet对象,并且set中元素是String类型
String[] arr = (String[])set.toArray(new String[0]);
for(String str:arr)
    System.out.printf("for each : %s\n", str);

不推荐这种方式,很少用,个人也很不喜欢这种方式的遍历,但是可以学习一下Set如何转为数组

方式三:for-each遍历HashSet

// 假设set是HashSet对象,并且set中元素是String类型
for(String s : set)
    System.out.printf("for each : %s\n", s);

知道泛型中的数据类型可以用这种方式遍历

Set遍历方式都是一样的,这里就那HashSet做演示了,之后不再演示了

TreeSet

  • 基于二叉树对新添加的对象按照指定的顺序排序,每添加一个对象都会进行一次排序,并将对象插入到二叉树指定位置

  • Integer和String等基础数据类型可以直接按照TreeSet的默认排序存储

  • 自定义的数据类型要实现Comparable接口,且要重写compareTo方法

  • TreeSet是用来排序的, 可以指定一个顺序, 对象存入之后会按照指定的顺序排列

Comparable——自然排序

public static void demo() {
        TreeSet<Person> ts = new TreeSet<>();
        ts.add(new Person("张三", 23));
        ts.add(new Person("李四", 13));
        ts.add(new Person("周七", 13));
        ts.add(new Person("王五", 43));
        ts.add(new Person("赵六", 33));

        System.out.println(ts);
}

这个例子会报错,抛出异常java.lang.ClassCastException

说明出现了类型转换异常,原因在于TreeSet不知道如何进行比较元素,我们在Person类中没有指定如何比较,因此抛出这个异常。

解决方法

在自定义类(Person)中实现Comparable接口,然后重写接口中的compareTo方法

public class Person implements Comparable<Person> {
    private String name;
    private int age;
    ...
    public int compareTo(Person o) {
        return 0或1或-1;
    }
}
  • 0表示:认为是相同元素,不存入set中
  • 1表示:正序存储(比上一个元素大)
  • -1表示:倒序存储(比上一个元素小)

因此,就可以自定义自己的排序方式了

  1. 按照年龄为主要条件排序:

    public int compareTo(Person o) {
    int num = this.age - o.age; //年龄是比较的主要条件
    return num == 0 ? this.name.compareTo(o.name) : num;//姓名是比较的次要条件
    }

  2. 按照姓名为主要条件排序(依据Unicode编码大小)

    public int compareTo(Person o) {
    int num = this.name.compareTo(o.name); //姓名是主要条件
    return num == 0 ? this.age - o.age : num; //年龄是次要条件
    }

  3. 按照姓名长度排序:

    public int compareTo(Person o) {
    int length = this.name.length() - o.name.length(); //比较长度为主要条件
    int num = length == 0 ? this.name.compareTo(o.name) : length; //比较内容为次要条件
    return num == 0 ? this.age - o.age : num; //比较年龄为次要条件
    }

Comparator——比较器排序

TreeSet排序除了用Comparable,我们还可以使用Comparator接口。

需求:现在要制定TreeSet中按照String长度比较String:

//定义一个类,实现Comparator接口,并重写compare()方法,
class CompareByLen implements Comparator<String> {

    @Override
    public int compare(String s1, String s2) {        //按照字符串的长度比较
        int num = s1.length() - s2.length();        //长度为主要条件
        return num == 0 ? s1.compareTo(s2) : num;    //内容为次要条件
    }
}


public static void main(String[] args) {
    TreeSet<String> ts = new TreeSet<>(new CompareByLen());
    ts.add("wwwwwwww");
    ts.add("w");
    ts.add("wms");
    ts.add("yyds");
    ts.add("cccc");
    ts.add("zxl");
    System.out.println(ts);
}

执行结果[w, wms, zxl, cccc, yyds, wwwwwwww]

总结:

  • 自然顺序(Comparable)

    • TreeSet类的add()方法中会把存入的对象提升为Comparable类型
    • 调用对象的compareTo()方法和集合中的对象比较
    • 根据compareTo()方法返回的结果进行存储
  • 比较器顺序(Comparator)

    • 创建TreeSet的时候可以制定 一个Comparator
    • 如果传入了Comparator的子类对象, 那么TreeSet就会按照比较器中的顺序排序
    • add()方法内部会自动调用Comparator接口中compare()方法排序
    • 调用的对象是compare方法的第一个参数,集合中的对象是compare方法的第二个参数
  • 两种方式的区别

    • TreeSet构造函数什么都不传, 默认按照类中Comparable的顺序(没有就报错ClassCastException)
    • TreeSet如果传入Comparator, 就优先按照Comparator

扩展:

Comparable和Comparator的区别

LinkedHashSet

继承HashSet,HashMap实现数据存储,双向链表记录顺序。线程不安全。

  • 会维护“插入顺序”
  • 线程不安全

总结:

  • Set接口

    • Set不允许包含相同的元素,如果试图把两个相同元素加入同一个集合中,add方法返回false。
    • hashcode和equals都是true就是同一个元素。
  • HashSet

    • 底层是HashMap
    • 集合元素可以是null,但只能放入一个null
    • 不能保证顺序
    • 线程不安全
  • LinkedHashSet

    • LinkedHashSet集合同样是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置,但是它同时使用链表维护元素的次序。这样使得元素看起 来像是以插入顺序保存的,也就是说,当遍历该集合时候,LinkedHashSet将会以元素的添加顺序访问集合的元素。
    • 继承了HashSet
    • LinkedHashSet在迭代访问Set中的全部元素时,性能比HashSet好,但是插入时性能稍微逊色于HashSet。
  • TreeSet

    • 底层是二叉树
    • 可以实现排序