分析Java Set集合

本篇內容介紹了“分析Java Set集合”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

 01. 摘要

“關于 Set 接口，在實際開發中，其實很少用到，但是如果你出去面試，它可能依然是一個繞不開的話題。

言歸正傳，廢話咱們也不多說了，相信使用過 Set 集合類的朋友都知道，Set集合的特點主要有：元素不重復、存儲無序的特點。

啥意思呢?你可以理解為，向一個瓶子里面扔東西，這些東西沒有記號是第幾個放進去的，但是有一點就是這個瓶子里面不會有重樣的東西。

細細思考，你會發現， Set 集合的這些特性正處于 List 集合和 Map 集合之間，為什么這么說呢?之前的集合文章中，咱們了解到，List  集合的特點就是存取有序，本質是一個有序數組，每個元素依次按照順序存儲;Map  集合主要用于存放鍵值對，雖然底層也是用數組存放，但是元素在數組中的下標是通過哈希算法計算出來的，數組下標無序。

而 Set 集合，在元素存儲方面，注重獨立無二的特性，如果某個元素在集合中已經存在，不會存儲重復的元素，同時，集合存儲的是元素，不像 Map  集合那樣存儲的是鍵值對。

具體的分析，咱們慢慢道來，打開 Set 集合，主要實現類有 HashSet、LinkedHashSet 、TreeSet 、EnumSet(  RegularEnumSet、JumboEnumSet )等等，總結 Set 接口實現類，圖如下：

由圖中的繼承關系，可以知道，Set 接口主要實現類有 AbstractSet、HashSet、LinkedHashSet 、TreeSet  、EnumSet( RegularEnumSet、JumboEnumSet )，其中 AbstractSet、EnumSet 屬于抽象類，EnumSet 是在  jdk1.5 中新增的，不同的是 EnumSet 集合元素必須是枚舉類型。

• HashSet 是一個輸入輸出無序的集合，集合中的元素基于 HashMap 的 key 實現，元素不可重復;

• LinkedHashSet 是一個輸入輸出有序的集合，集合中的元素基于 LinkedHashMap 的 key 實現，元素也不可重復;

• TreeSet 是一個排序的集合，集合中的元素基于 TreeMap 的 key 實現，同樣元素不可重復;

• EnumSet 是一個與枚舉類型一起使用的專用 Set 集合，其中 RegularEnumSet 和 JumboEnumSet 不能單獨實例化，只能由  EnumSet 來生成，同樣元素不可重復;

下面咱們來對各個主要實現類進行一一分析!

02. HashSet

HashSet 是一個輸入輸出無序的集合，底層基于 HashMap 來實現，HashSet 利用 HashMap  中的key元素來存放元素，這一點我們可以從源碼上看出來，閱讀源碼如下：

public class HashSet<E>     extends AbstractSet<E>     implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable{          // HashMap 變量     private transient HashMap<E,Object> map;          /**HashSet 初始化*/     public HashSet() {         //默認實例化一個 HashMap         map = new HashMap<>();     } }

add方法

打開HashSet的add()方法，源碼如下：

public boolean add(E e) {     //向 HashMap 中添加元素     return map.put(e, PRESENT)==null; }

其中變量PRESENT，是一個非空對象，源碼部分如下：

private static final Object PRESENT = new Object();

可以分析出，當進行add()的時候，等價于

HashMap map = new HashMap<>(); map.put(e, new Object());//e 表示要添加的元素

在之前的集合文章中，咱們了解到 HashMap 在添加元素的時候  ，通過equals()和hashCode()方法來判斷傳入的key是否相同，如果相同，那么 HashMap 認為添加的是同一個元素，反之，則不是。

從源碼分析上可以看出，HashSet 正是使用了 HashMap 的這一特性，實現存儲元素下標無序、元素不會重復的特點。

remove方法

HashSet 的刪除方法，同樣如此，也是基于 HashMap 的底層實現，源碼如下：

public boolean remove(Object o) {     //調用HashMap 的remove方法，移除元素     return map.remove(o)==PRESENT; }

查詢方法

HashSet 沒有像 List、Map 那樣提供 get 方法，而是使用迭代器或者 for 循環來遍歷元素，方法如下：

public static void main(String[] args) {     Set<String> hashSet = new HashSet<String>();     System.out.println("HashSet初始容量大小："+hashSet.size());     hashSet.add("1");     hashSet.add("2");     hashSet.add("3");     hashSet.add("3");     hashSet.add("2");     hashSet.add(null);      //相同元素會自動覆蓋     System.out.println("HashSet容量大小："+hashSet.size());     //迭代器遍歷     Iterator<String> iterator = hashSet.iterator();     while (iterator.hasNext()){         String str = iterator.next();         System.out.print(str + ",");     }      System.out.println("\n===========");     //增強for循環     for (String str : hashSet) {         System.out.print(str + ",");     } }

輸出結果：

HashSet初始容量大小：0 HashSet容量大小：4 null,1,2,3, =========== null,1,2,3,

需要注意的是，HashSet 允許添加為null的元素。

03. LinkedHashSet

LinkedHashSet 是一個輸入輸出有序的集合，繼承自 HashSet，但是底層基于 LinkedHashMap 來實現。

如果你之前了解過 LinkedHashMap，那么你一定知道，它也繼承自 HashMap，唯一有區別的是，LinkedHashMap  底層數據結構基于循環鏈表實現，并且數組指定了頭部和尾部，雖然數組的下標存儲無序，但是卻可以通過數組的頭部和尾部，加上循環鏈表，依次可以查詢到元素存儲的過程，從而做到輸入輸出有序的特點。

如果還不了解 LinkedHashMap 的實現過程，可以參閱集合系列中關于 LinkedHashMap 的實現過程文章。

閱讀 LinkedHashSet 的源碼，類定義如下：

public class LinkedHashSet<E>     extends HashSet<E>     implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable {      public LinkedHashSet() {         //調用 HashSet 的方法         super(16, .75f, true);     } }

查詢源碼，super調用的方法，源碼如下：

HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {     //初始化一個 LinkedHashMap     map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor); }

add方法

LinkedHashSet沒有重寫add方法，而是直接調用HashSet的add()方法，因為map的實現類是LinkedHashMap，所以此處是向LinkedHashMap中添加元素，當進行add()的時候，等價于

HashMap map = new LinkedHashMap<>(); map.put(e, new Object());//e 表示要添加的元素

remove方法

LinkedHashSet也沒有重寫remove方法，而是直接調用HashSet的刪除方法，因為LinkedHashMap沒有重寫remove方法，所以調用的也是HashMap的remove方法，源碼如下：

public boolean remove(Object o) {     //調用HashMap 的remove方法，移除元素     return map.remove(o)==PRESENT; }

查詢方法

同樣的，LinkedHashSet 沒有提供 get 方法，使用迭代器或者 for 循環來遍歷元素，方法如下：

public static void main(String[] args) {     Set<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<String>();     System.out.println("linkedHashSet初始容量大小："+linkedHashSet.size());     linkedHashSet.add("1");     linkedHashSet.add("2");     linkedHashSet.add("3");     linkedHashSet.add("3");     linkedHashSet.add("2");     linkedHashSet.add(null);     linkedHashSet.add(null);      System.out.println("linkedHashSet容量大小："+linkedHashSet.size());     //迭代器遍歷     Iterator<String> iterator = linkedHashSet.iterator();     while (iterator.hasNext()){         String str = iterator.next();         System.out.print(str + ",");     }      System.out.println("\n===========");     //增強for循環     for (String str : linkedHashSet) {         System.out.print(str + ",");     } }

輸出結果：

linkedHashSet初始容量大小：0 linkedHashSet容量大小：4 1,2,3,null, =========== 1,2,3,null,

可見，LinkedHashSet 與 HashSet 相比，LinkedHashSet 輸入輸出有序。

04. TreeSet

TreeSet 是一個排序的集合，實現了NavigableSet、SortedSet、Set接口，底層基于 TreeMap 來實現。TreeSet 利用  TreeMap 中的key元素來存放元素，這一點我們也可以從源碼上看出來，閱讀源碼，類定義如下：

public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E> implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable {          //TreeSet 使用NavigableMap接口作為變量     private transient NavigableMap<E,Object> m;          /**對象初始化*/     public TreeSet() {         //默認實例化一個 TreeMap 對象         this(new TreeMap<E,Object>());     }          //對象初始化調用的方法     TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {         this.m = m;     } }

new TreeSet<>()對象實例化的時候，表達的意思，可以簡化為如下：

NavigableMap<E,Object> m = new TreeMap<E,Object>();

因為TreeMap實現了NavigableMap接口，所以沒啥問題。

public class TreeMap<K,V>     extends AbstractMap<K,V>     implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable{     ...... }

add方法

打開TreeSet的add()方法，源碼如下：

public boolean add(E e) {     //向 TreeMap 中添加元素     return m.put(e, PRESENT)==null; }

其中變量PRESENT，也是是一個非空對象，源碼部分如下：

private static final Object PRESENT = new Object();

可以分析出，當進行add()的時候，等價于

TreeMap map = new TreeMap<>(); map.put(e, new Object());//e 表示要添加的元素

TreeMap 類主要功能在于，給添加的集合元素，按照一個的規則進行了排序，默認以自然順序進行排序，當然也可以自定義排序，比如測試方法如下：

public static void main(String[] args) {     Map initMap = new TreeMap();     initMap.put("4", "d");     initMap.put("3", "c");     initMap.put("1", "a");     initMap.put("2", "b");     //默認自然排序，key為升序     System.out.println("默認 排序結果:" + initMap.toString());     //自定義排序，在TreeMap初始化階段傳入Comparator 內部對象     Map comparatorMap = new TreeMap<String, String>(new Comparator<String>() {         @Override         public int compare(String o1, String o2){             //根據key比較大小，采用倒敘，以大到小排序             return o2.compareTo(o1);         }     });     comparatorMap.put("4", "d");     comparatorMap.put("3", "c");     comparatorMap.put("1", "a");     comparatorMap.put("2", "b");     System.out.println("自定義 排序結果:" + comparatorMap.toString()); }

輸出結果：

默認 排序結果:{1=a, 2=b, 3=c, 4=d} 自定義 排序結果:{4=d, 3=c, 2=b, 1=a}

相信使用過TreeMap的朋友，一定知道TreeMap會自動將key按照一定規則進行排序，TreeSet正是使用了TreeMap這種特性，來實現添加的元素集合，在輸出的時候，其結果是已經排序好的。

如果您沒看過源碼TreeMap的實現過程，可以參閱集合系列文章中TreeMap的實現過程介紹，或者閱讀 jdk 源碼。

remove方法

TreeSet 的刪除方法，同樣如此，也是基于 TreeMap 的底層實現，源碼如下：

public boolean remove(Object o) {         //調用TreeMap 的remove方法，移除元素         return m.remove(o)==PRESENT; }

查詢方法

TreeSet 沒有重寫 get 方法，而是使用迭代器或者 for 循環來遍歷元素，方法如下：

public static void main(String[] args) {     Set<String> treeSet = new TreeSet<>();     System.out.println("treeSet初始容量大小："+treeSet.size());     treeSet.add("1");     treeSet.add("4");     treeSet.add("3");     treeSet.add("8");     treeSet.add("5");      System.out.println("treeSet容量大小："+treeSet.size());     //迭代器遍歷     Iterator<String> iterator = treeSet.iterator();     while (iterator.hasNext()){         String str = iterator.next();         System.out.print(str + ",");     }      System.out.println("\n===========");     //增強for循環     for (String str : treeSet) {         System.out.print(str + ",");     } }

輸出結果：

treeSet初始容量大小：0 treeSet容量大小：5 1,3,4,5,8, =========== 1,3,4,5,8,

自定義排序

使用自定義排序，有 2  種方法，第一種在需要添加的元素類，實現Comparable接口，重寫compareTo方法來實現對元素進行比較，實現自定義排序。

方法一

/**   * 創建實體類Person實現Comparable接口   */ public class Person implements Comparable<Person>{     private int age;     private String name;     public Person(String name, int age){         this.name = name;         this.age = age;     }     @Override     public int compareTo(Person o){         //重寫 compareTo 方法，自定義排序算法         return this.age-o.age;     }     @Override     public String toString(){         return name+":"+age;     } }

創建一個Person實體類，實現Comparable接口，重寫compareTo方法，通過變量age實現自定義排序 測試方法如下：

public static void main(String[] args) {     Set<Person> treeSet = new TreeSet<>();     System.out.println("treeSet初始容量大小："+treeSet.size());     treeSet.add(new Person("李一",18));     treeSet.add(new Person("李二",17));     treeSet.add(new Person("李三",19));     treeSet.add(new Person("李四",21));     treeSet.add(new Person("李五",20));      System.out.println("treeSet容量大小："+treeSet.size());     System.out.println("按照年齡從小到大，自定義排序結果：");     //迭代器遍歷     Iterator<Person> iterator = treeSet.iterator();     while (iterator.hasNext()){         Person person = iterator.next();         System.out.print(person.toString() + ",");     } }

輸出結果：

treeSet初始容量大小：0 treeSet容量大小：5 按照年齡從小到大，自定義排序結果： 李二:17,李一:18,李三:19,李五:20,李四:21,

方法二

第二種方法是在TreeSet初始化階段，Person不用實現Comparable接口，將Comparator接口以內部類的形式作為參數，初始化進去，方法如下：

public static void main(String[] args) {     //自定義排序     Set<Person> treeSet = new TreeSet<>(new Comparator<Person>(){         @Override         public int compare(Person o1, Person o2) {             if(o1 == null || o2 == null){                 //不用比較                 return 0;             }             //從小到大進行排序             return o1.getAge() - o2.getAge();         }     });     System.out.println("treeSet初始容量大小："+treeSet.size());     treeSet.add(new Person("李一",18));     treeSet.add(new Person("李二",17));     treeSet.add(new Person("李三",19));     treeSet.add(new Person("李四",21));     treeSet.add(new Person("李五",20));      System.out.println("treeSet容量大小："+treeSet.size());     System.out.println("按照年齡從小到大，自定義排序結果：");     //迭代器遍歷     Iterator<Person> iterator = treeSet.iterator();     while (iterator.hasNext()){         Person person = iterator.next();         System.out.print(person.toString() + ",");     } }

輸出結果：

treeSet初始容量大小：0 treeSet容量大小：5 按照年齡從小到大，自定義排序結果： 李二:17,李一:18,李三:19,李五:20,李四:21,

需要注意的是，TreeSet不能添加為空的元素，否則會報空指針錯誤!

05. EnumSet

EnumSet 是一個與枚舉類型一起使用的專用 Set 集合，繼承自AbstractSet抽象類。與 HashSet、LinkedHashSet  、TreeSet 不同的是，EnumSet 元素必須是Enum的類型，并且所有元素都必須來自同一個枚舉類型，EnumSet 定義源碼如下：

public abstract class EnumSet<E extends Enum<E>> extends AbstractSet<E>     implements Cloneable, java.io.Serializable {     ...... }

EnumSet是一個虛類，不能直接通過實例化來獲取對象，只能通過它提供的靜態方法來返回EnumSet實現類的實例。

EnumSet的實現類有兩個，分別是RegularEnumSet、JumboEnumSet兩個類，兩個實現類都繼承自EnumSet。

EnumSet會根據枚舉類型中元素的個數，來決定是返回哪一個實現類，當  EnumSet元素中的元素個數小于或者等于64，就會返回RegularEnumSet實例;當EnumSet元素個數大于64，就會返回JumboEnumSet實例。

這一點，我們可以從源碼中看出，源碼如下：

public static <E extends Enum<E>> EnumSet<E> noneOf(Class<E> elementType) {     Enum<?>[] universe = getUniverse(elementType);     if (universe == null)         throw new ClassCastException(elementType + " not an enum");     //當元素個數小于或者等于 64 的時候，返回 RegularEnumSet     if (universe.length <= 64)         return new RegularEnumSet<>(elementType, universe);     else         //大于64，返回 JumboEnumSet         return new JumboEnumSet<>(elementType, universe); }

noneOf是EnumSet中一個靜態方法，用于判斷是返回哪一個實現類。

我們來看看當元素個數小于等于64的時候，使用RegularEnumSet的類，源碼如下：

class RegularEnumSet<E extends Enum<E>> extends EnumSet<E> {      /**元素為long型*/     private long elements = 0L;      /**添加元素*/     public boolean add(E e) {         typeCheck(e);          long oldElements = elements;         //二進制運算，獲取元素         elements |= (1L << ((Enum<?>)e).ordinal());         return elements != oldElements;     } }

RegularEnumSet 通過二進制運算得到結果，直接使用long來存放元素。

我們再來看看當元素個數大于64的時候，使用JumboEnumSet的類，源碼如下：

class JumboEnumSet<E extends Enum<E>> extends EnumSet<E> {      /**元素為long型*/     private long elements = 0L;      /**添加元素*/     public boolean add(E e) {         typeCheck(e);          int eOrdinal = e.ordinal();         int eWordNum = eOrdinal >>> 6;          long oldElements = elements[eWordNum];         //二進制運算         elements[eWordNum] |= (1L << eOrdinal);         //使用數組來操作元素         boolean result = (elements[eWordNum] != oldElements);         if (result)             size++;         return result;     } }

JumboEnumSet 也是通過二進制運算得到結果，使用long來存放元素，但是它是使用數組來存放元素。

二者相比，RegularEnumSet 效率比 JumboEnumSet 高些，因為操作步驟少，大多數情況下返回的是  RegularEnumSet，只有當枚舉元素個數超過 64 的時候，會使用 JumboEnumSet。

添加元素

新建一個EnumEntity的枚舉類型，定義2個參數。

public enum EnumEntity {     WOMAN,MAN; }

創建一個空的 EnumSet!

//創建一個 EnumSet，內容為空 EnumSet<EnumEntity> noneSet = EnumSet.noneOf(EnumEntity.class); System.out.println(noneSet);

輸出結果：

[]

創建一個 EnumSet，并將枚舉類型的元素全部添加進去!

//創建一個 EnumSet，將EnumEntity 元素內容添加到EnumSet中 EnumSet<EnumEntity> allSet = EnumSet.allOf(EnumEntity.class); System.out.println(allSet);

輸出結果：

[WOMAN, MAN]

創建一個 EnumSet，添加指定的枚舉元素!

//創建一個 EnumSet，添加 WOMAN 到 EnumSet 中 EnumSet<EnumEntity> customSet = EnumSet.of(EnumEntity.WOMAN); System.out.println(customSet);

查詢元素

EnumSet與HashSet、LinkedHashSet、TreeSet一樣，通過迭代器或者 for 循環來遍歷元素，方法如下：

EnumSet<EnumEntity> allSet = EnumSet.allOf(EnumEntity.class); for (EnumEntity enumEntity : allSet) {     System.out.print(enumEntity + ","); }

輸出結果：

WOMAN,MAN,

“分析Java Set集合”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！