精解四大集合框架：Set核心知识总结

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Set继承于Collection接口，是一个不允许出现重复元素，并且无序的集合，主要有HashSet和TreeSet两大实现类，另外LinkedHashSet也有一定的使用频率。

在判断重复元素的时候，Set集合会调用hashCode()和equal()方法来实现。

类图UML

Set常用方法

与List一样都是接口，Set接口也提供了集合操作的基本方法。Java四大集合之一，但与List不同的是，Set还提供了equals(Object o)和hashCode()，供其子类重写，以实现对集合中插入重复元素的处理；

 1public interface Set<E> extends Collection<E> {
 2    //添加
 3    boolean add(E e);
 4    boolean addAll(Collection<? extends E> c);
 5
 6    //删除
 7    boolean remove(Object o);
 8    boolean removeAll(Collection<?> c);
 9    void clear();
10
11    //长度
12    int size();
13    //是否为空
14    boolean isEmpty();
15
16    //是否包含
17    boolean contains(Object o);
18    boolean containsAll(Collection<?> c);
19    boolean retainAll(Collection<?> c); 
20
21    //获取Set集合的迭代器：
22    Iterator<E> iterator();
23
24    //把集合转换成数组
25    Object[] toArray();
26    <T> T[] toArray(T[] a);
27
28    //判断元素是否重复，为子类提高重写方法
29    boolean equals(Object o);
30    int hashCode();
31}

接口里知识定义了方法，具体的实现请看下面两个常用实现类。

HashSet

HashSet 是用来存储没有重复元素的集合类，并且是无序的。实现了 Set 接口。底层其实主要是使用 HashMap 机制实现，所以也是线程不安全。

部分源码：

1public class HashSet<E>  extends AbstractSet<E>  implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable{
2    private transient HashMap<E,Object> map;
3    //这里这个PRESENT就是作为HashMap中的key
4    private static final Object PRESENT = new Object();
5    public HashSet() {
6        map = new HashMap<>();
7    }

特征：

1. 不可重复
2. 无序
3. 线程不安全，若多个线程同时操作HashSet，必须通过代码实现同步；
4. 集合元素可以是 null，但只能放入一个 null

使用场景：去重、不要求顺序

原理：HashSet底层由HashMap实现，插入的元素被当做是HashMap的key，根据hashCode值来确定集合中的位置，由于Set集合中并没有角标的概念，所以并没有像List一样提供get（）方法。当获取HashSet中某个元素时，只能通过遍历集合的方式进行equals()比较来实现；

常用方法

 1    //添加
 2    public boolean add(E e) {
 3        return map.put(e, PRESENT)==null;
 4    }
 5    //移除
 6    public boolean remove(Object o) {
 7        return map.remove(o)==PRESENT;
 8    }
 9    //清空
10    public void clear() {
11        map.clear();
12    }
13    //获取迭代器
14    public Iterator<E> iterator() {
15        return map.keySet().iterator();
16    }
17    //判断是否为空
18    public boolean isEmpty() {
19        return map.isEmpty();
20    }
21    //求集合大小
22    public int size() {
23        return map.size();
24    }

正如上面所说，底层使用 HashMap 的 key 不能重复机制来实现没有重复的 HashSet。

TreeSet

TreeSet 实现了 SortedSet 接口，意味着可以排序，它是一个有序并且没有重复的集合类，底层是通过 TreeMap 实现。TreeSet 并不是根据插入的顺序来排序，而是字典自然排序。线程不安全。从名字上可以看出，此集合的实现和树结构有关。与HashSet集合类似，TreeSet也是基于Map来实现，具体实现TreeMap(后面讲解)，其底层结构为红黑树（特殊的二叉查找树）。

TreeSet 支持两种排序方式：自然升序排序和自定义排序。

部分源码

 1public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E> implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable{
 2
 3    private transient NavigableMap<E,Object> m;
 4
 5    private static final Object PRESENT = new Object();
 6
 7    TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
 8        this.m = m;
 9    }
10
11    public TreeSet() {
12        this(new TreeMap<E,Object>());
13    }

常用方法

 `1 //求集合大小
 2 public int size() {
 3     return m.size();
 4 }
 5 //判断是否为空
 6 public boolean isEmpty() {
 7     return m.isEmpty();
 8 }
 9 //判断是否包含
10 public boolean contains(Object o) {
11     return m.containsKey(o);
12`

特征：

1. 不可重复
2. 有序，默认自然升序排序
3. 线程不安全，若多个线程同时操作HashSet，必须通过代码实现同步；
4. 集合元素不可以为 null
5. 对插入的元素进行排序，是一个有序的集合（主要与HashSet的区别）;
6. 底层使用红黑树结构，而不是哈希表结构；

原理：

TreeSet 底层是基于 treeMap（红黑树结构）实现的，可以自定义比较器对元素进行排序，或是使用元素的自然顺序。

使用场景：去重、要求排序

LinkedHashSet

LinkedHashSet 是使用 HashSet 机制实现，它是一个可以保证插入顺序或是访问顺序，并且没有重复的集合类。线程不安全。

数据结构：数组 + 双向链表，Entry 结构：before|hash|key|value|next|after，before 和 after 用于维护整个双向链表。

部分源码

 1public class LinkedHashSet<E> extends HashSet<E> implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable {
 2
 3    public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
 4        super(initialCapacity, loadFactor, true);
 5    }
 6
 7    public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
 8        super(initialCapacity, .75f, true);
 9    }
10
11    public LinkedHashSet() {
12        super(16, .75f, true);
13    }

常用方法

从这里可以看出，这家伙基本上都是使用HashSet来实现的，所以常用方法和HashSet相同。

特征：

1. 集合元素不可以为 null；
2. 线程不安全。

原理：

LinkedHashSet 底层使用了 LinkedHashMap 机制（比如 before 和 after），加上又继承了 HashSet，所以可以实现既可以保证迭代顺序，又可以达到不出现重复元素。

使用场景：去重、需要保证插入或者访问顺序

HashSet、TreeSet、LinkedHashSet 的区别

• HashSet 只去重
• TreeSet 去重并排序
• LinkedHashSet 去重并保证迭代顺序。