Java集合中Set都有哪些特性？看這篇就夠了！

来源:https://www.cnblogs.com/qian-fen/archive/2023/05/22/17420062.html
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**本文將為大家詳細講解Java中的，這是我們進行開發時經常用到的知識點，也是大家在學習Java中很重要的一個知識點，更是我們在面試時有可能會問到的問題。** **文章較長，乾貨滿滿，建議大家收藏慢慢學習。文末有本文重點總結，主頁有全系列文章分享。技術類問題，歡迎大家和我們一起交流討論！** ### ...


本文將為大家詳細講解Java中的<SET集合>，這是我們進行開發時經常用到的知識點，也是大家在學習Java中很重要的一個知識點，更是我們在面試時有可能會問到的問題。

文章較長，乾貨滿滿，建議大家收藏慢慢學習。文末有本文重點總結，主頁有全系列文章分享。技術類問題，歡迎大家和我們一起交流討論！

前言

在上一篇文章中，帶大家學習了List集合的用法和特性，尤其是對ArrayList和LinkedList瞭解的更多一些。但Java中還有Set和Map集合等待我們學習，所以接下來就請各位繼續跟我們一起來學習今天的內容吧。在本文中，會詳細地給大家介紹Set集合的定義、特點、常用方法和基本原理等內容。

全文大約【4000】 字，不說廢話，只講可以讓你學到技術、明白原理的純乾貨！本文帶有豐富的案例及配圖視頻，讓你更好地理解和運用文中的技術概念，並可以給你帶來具有足夠啟迪的思考......

一. Set集合簡介

image.png

1. Set定義

Set是Java的一種集合，繼承自Collection介面，主要有兩個常用的實現類HashSet類和TreeSet類。它沒有固定的大小限制，可以動態地添加和刪除元素。並且Set集合中的元素都是唯一的，不會有重覆的元素，即使是null值也只能有一個。另外Set集合是無序的，不能記住元素的添加順序，因為沒有索引值，所以Set集合中的對象不會按特定的方式排序，它只是簡單地把對象放到集合中。

從特性上來看，Set相當於是一個只存儲key、不存儲value的Map。我們可以把Set想象成是一個”特殊的Map“，這個Map只有key卻沒有value，所以我們可以用Set去除重覆的元素。另外由於放入Set的元素和Map的key類似，需要正確地實現equals()和hashCode()方法，否則該元素就無法正確地放入Set。

2. Set特性

與其他集合不同，Set集合具有自己的一些特性：

  • Set集合中的元素都是唯一的，不允許有重覆值，且最多只允許包含一個null元素；
  • Set集合中的元素沒有順序，我們無法通過索引來訪問元素，但TreeSet是有序的；
  • Set集合沒有固定的大小限制，可以動態地添加和刪除元素；
  • Set集合提供了高效的元素查找和判斷方法。

3. Set常用方法

Set集合給我們提供了一系列常用的方法，用於添加、刪除、查找、遍歷和獲取集合元素等操作，下麵是Set集合中常用方法的實現過程。

3.1 添加元素

我們可以使用add()方法進行元素的添加。

public boolean add(E e)

該方法用於向Set集合添加元素，如果元素已經存在，則不會添加；如果添加成功，則返回true，否則返回false。該方法的示例代碼如下：


Set<String> set = new HashSet<>();

set.add("hello word");

set.add("java");

set.add("iOS");

System.out.println(set);

3.2 刪除元素

我們可以使用remove()方法進行元素的刪除。

public boolean remove(Object o)

該方法用於從Set集合中刪除指定的元素。如果元素存在且刪除成功，則返回true，否則返回false。該方法的示例代碼如下：

Set<String> set = new HashSet<>(); 
set.add("hello word"); 
set.add("java"); 
set.remove("java"); 
System.out.println(set); // 輸出結果為：[壹壹哥]

3.3 判斷元素

我們可以使用contains()方法進行元素的判斷。

public boolean contains(Object o)

該方法用於判斷Set集合中是否包含指定的元素。如果元素存在，則返回true，否則返回false。該方法的示例代碼如下：

Set<String> set = new HashSet<>(); 
set.add("hello word"); 
set.add("java");
System.out.println(set.contains("java")); // 輸出結果為：true 
System.out.println(set.contains("orange")); // 輸出結果為：false

3.4 獲取元素數量

我們可以使用size()方法判斷集合的數量。

public int size()

該方法的使用示例代碼如下：

Set<String> set = new HashSet<>(); 
set.add("hello word"); 
set.add("java"); 
System.out.println(set.size()); // 輸出結果為：2

4. 配套視頻

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二. HashSet集合

1. 簡介

在Java的集合框架中，HashSet是一種非常常用的集合類型，它實現了Set介面，並繼承了AbstractSet抽象類。HashSet集合的底層實現是一個哈希表，它使用哈希演算法來存儲和管理集合中的元素。HashSet集合中的元素沒有順序，且不允許重覆。

如果我們想使用HashSet集合，一般要使用如下兩個構造方法創建出HashSet對象：

  • HashSet() ：構造一個新的空的Set集合對象；
  • HashSet(Collection<? extends E> c) ：構造一個包含指定Collection集合元素的新Set集合。"< >"中的extends，表示這個Collection中的元素必須繼承自HashSet的父類，該部分限定了Collection元素的類型。

2. HashSet特性

HashSet作為Set集合的具體子類，具有以下特點：

HashSet的底層是基於HashMap來實現的；

HashSet中的元素是唯一的，內部不允許有重覆的元素；

無序，不會記錄插入元素的順序，所以不能保證元素的排列順序，獲取順序可能與添加順序不同；

HashSet集合沒有固定的大小限制，可以動態地添加和刪除元素；

HashSet集合中的元素最多可以有一個null值；

HashSet不是線程安全的，預設線程不同步，如果有多個線程同時訪問或修改同一個HashSet，必須通過代碼來保證同步操作。

3. 去重原理

從底層實現來看，HashSet的底層其實就是一個值為Object的HashMap，如下圖所示：

image.png

image.png

所以HashSet其實就是按照Hash演算法來實現元素的查找和存儲的，具有很好的存取和查找性能。當我們向HashSet集合中存入一個元素時，HashSet會調用該對象的hashCode()方法來得到該對象的hashCode值，然後根據該hashCode值決定該對象在HashSet中的存儲位置。此時如果有兩個元素通過equals()方法進行比較，返回的結果為true，但它們的hashCode卻不相等，HashSet也會把它們存儲在不同的位置，我們依然可以添加成功。也就是說，如果兩個對象的hashCode值相等，且通過equals()方法比較返回的結果也為true， HashSet集合才會認為兩個元素相等。

與本節內容配套的視頻鏈接如下： https://www.bilibili.com/video/BV1Ja411x7XB?t=0.0

4. 使用案例

我們通過一個簡單的案例，來看看HashSet的基本用法。

import java.util.HashSet;

/**
 * @author 一一哥Sun
 */
public class Demo11 {

	public static void main(String[] args) {
		//創建HashSet集合
		HashSet<String> set = new HashSet<String>();
		set.add("一一哥");
		set.add("壹壹哥");
		set.add("java");
		//重覆元素無法被添加進去
		set.add("java");
		System.out.println(set);

        //集合遍歷
		Iterator<String> it = set.iterator();
	    while (it.hasNext()) {
	    	//輸出Set集合中的每個元素
	        System.out.println("值="+it.next()); 
	    }
	}
}

在上面的代碼中，我們通過HashSet的構造方法創建了一個Set集合對象，並將幾個元素對象存儲到了這個Set集合中。

然後我們使用HashSet類中的iterator()方法獲取一個Iterator對象，並調用hasNext()方法遍歷集合元素，再使用next()方法獲取到下一個數據元素。但是HashSet輸出的元素是無序的，輸出時既不是添加元素的順序，也不是String排序的順序，在不同版本的JDK中，這個順序可能也是不同的。另外因為Set是不可重覆的，如果我們向Set集合中添加了兩個相同的元素，則後添加的會覆蓋前面添加的元素，所以Set集合中不會出現相同的元素。

5. 配套視頻

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三. TreeSet集合

1. 簡介

TreeSet是一種很常用的集合類型，它實現了Set和SortedSet介面，並且繼承自AbstractSet抽象類。TreeSet集合中的元素也是唯一的，不允許重覆。TreeSet集合的底層基於紅黑樹，可以使用自然排序或指定的比較器對集合中的元素進行排序。該類具有如下特點：

  • TreeSet集合中的元素是唯一的，不允許重覆。
  • TreeSet集合中的元素是有序的， 因為實現了 SortedSet 介面 ，具有字典順序， 可以通過迭代器按照升序或降序遍歷。
  • TreeSet集合沒有固定的大小限制，可以動態地添加和刪除元素。
  • TreeSet集合提供了高效的元素查找和判斷功能。

另外，SortedSet介面是Set介面的子介面，能夠對集合進行自然排序，因此TreeSet類預設情況下就是自然排序(升序)的。但TreeSet只能對實現了Comparable介面的類對象進行排序，所以我們使用TreeSet集合存儲對象時，該對象必須要實現Comparable介面。這是因為Comparable介面中有一個compareTo(Object o)方法，可以比較兩個對象的大小。例如，a.compareTo(b)，如果 a 和 b 相等，則該方法會返回 0；如果 a 大於 b，則該方法返回大於 0 的正值；如果 a 小於 b，則該方法返回小於 0 的負值。

2. 常用方法

除了Set類中通用的方法之外，TreeSet類還有如下幾個特有的方法：

方法名稱 說明
E first() 返回該集合中的第一個元素，E表示返回元素的數據類型
E last() 返回該集合中的最後一個元素
E poolFirst() 獲取並移除該集合中的第一個元素
E poolLast() 獲取並移除該集合中的最後一個元素
SortedSet subSet(E fromElement,E toElement) 返回一個新的集合，新集合會包含源集合fromElement與目標集合toElement之間的所有對象。結果會包含fromElement對象，但不包含toElement對象。
SortedSet headSet<E toElement〉 返回一個新的集合，新集合包含原集合中toElement對象之前的所有對象，但不包含 toElement對象。
SortedSet tailSet(E fromElement) 返回一個新的集合，新集合包含原集合中fromElement對象之後的所有對象，會包含fromElement對象。

因為TreeSet中的元素是有序的，所以增加了訪問第一個、前一個、後一個、最後一個元素的相關方法，並提供了3個從 TreeSet中截取子TreeSet的方法。

3. 去重原理

當TreeSet集合在保存對象元素時，集合對象必須實現Comparable介面，並重寫compareTo方法，該方法有如下兩個作用：

  • 排序: 返回值大於0表示升序，返回值小於0表示降序；
  • 去重(返回值為0) ：TreeSet認為返回0，表示兩個對象是相同的對象。

所以我們利用TreeSet實現去重的原理就是：如果compareTo()方法的返回值為0，則認為是相同的對象；如果compareTo()方法的返回大於0，則是升序排序；如果小於0，則是降序排序。

4. 使用案例

接下來我們再通過一個案例來看看TreeSet的用法。

4.1 編寫Person類

首先我們設計一個Person類，該類要實現Comparable介面。當TreeSet集合在保存對象元素時，集合中添加的元素對象必須實現Comparable介面，並重寫compareTo方法。如果沒有實現Comparable介面，那麼創建TreeSet時必須傳入一個Comparator對象。

/**
 * @author 一一哥Sun
 * 實現Comparable介面，並重新compareTo()方法
 */
public class Person implements Comparable<Person>{

	private String username;
    private String password;
    
    public Person() {
    }
    
    public Person(String username, String password) {
        super();
        this.username = username;
        this.password = password;
    }
    
    @Override
    public String toString() {
        return "User [username=" + username + ", password=" + password + "]";
    }

    //重寫compareTo()方法,對Person對象進行比較
    @Override
    public int compareTo(Person o) {
        if(!this.username.equals(o.username)) {
        	//根據姓名及長度進行比較
            return this.username.length() - o.username.length();
        }else {
        	//根據密碼進行比較
            if(this.password.equals(o.password)) {
                return 0;
            }else {
            	//比較姓名的長度
                return this.username.length() - o.username.length();
            }
        }
    }
}

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4.2 測試TreeSet排序功能

然後我們往TreeSet集合中添加若幹個對象元素進行排序測試，代碼如下：

import java.util.TreeSet;

/**
 * @author 一一哥Sun
 */
public class Demo12 {

	public static void main(String[] args) {
		//TreeSet的去重原理
        TreeSet<Person> set = new TreeSet<Person>();
        set.add(new Person("admin","123"));
        set.add(new Person("yyg","bb"));
        set.add(new Person("jack","123"));
        set.add(new Person("rose123","123"));
        set.add(new Person("admin","123")); 
        set.add(new Person("xksss6","abc"));

        //如果兩個對象的用戶名和密碼都相等，則認為是兩個相同的對象，且按照名字長度升序存放
        for (Person person : set) {
            System.out.println(person);
        }
	}
}

我們在遍歷TreeSet時，輸出的元素是有序的，這個順序是元素的排序順序。但是我們在使用TreeSet進行自然排序時，只能向 TreeSet 集合中添加相同數據類型的對象，否則會拋出 ClassCastException異常。如果向 TreeSet集合中添加了一個 Double類型的對象，則後面只能添加 Double對象，不能再添加其他類型的對象，例如 String對象等。

5. 配套視頻

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四. 結語

至此，我們就帶各位把Set集合及其子類學習完了，現在你學會了嗎？本文的重點內容如下所示：

Set用於存儲不重覆的元素集合；

放入HashSet的元素，與作為HashMap的key要求相同；

放入TreeSet的元素，與作為TreeMap的Key要求相同；

利用Set可以去除重覆元素；

遍歷SortedSet時，可以按照元素的排序順序進行遍歷，我們也可以自定義排序演算法；


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