Java单列集合Set：HashSet与LinkedHashSet详解，为什么它比List接口更严格？

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- 2023.11.20 -

简单来说，Set是一个不允许重复元素的集合。这意味着，如果你向Set中添加一个已经存在的元素，那么这个元素将被忽略。正是因为这个特性，Set在处理数据时具有很高的效率。

上篇我们介绍了单列集合中常用的list接口，本篇我们来聊聊单列集合中的另外一个重要接口Set集合。

一、Set 介绍

java.util.Set接口和java.util.List接口一样，同样实现了Collection接口，它与Collection接口中的方法基本一致，并没有对Collection接口进行功能上的扩充，只是比Collection接口更加严格了。

与List接口不同的是，Set接口中元素无序，并且都会以某种规则保证存入的元素不出现重复，这里的某种规则，我们在后面中给大家揭秘，大家不要着急。

无序不可重复它没有索引，所以不能使用普通for 循环进行遍历。

Set 集合 遍历元素的方式  迭代器，增强for

来，我们通过案例练习来看看

• Set接口类型，定义变量，Collection的常用方法 add()没有报错，说明Set 完全实现了Collection中的方法；
• 添加代码 hs.add("world");无法加入，验证了 Set的不可重复；
• 多次运行遍历发现，输入的顺序是改变的，说明Set是无序的。

Set集合有多个实现子类，这里我们介绍其中的java.util.HashSet、java.util.LinkedHashSet这两个集合。
![图片]

二、HashSet 集合介绍

通过java文档，我们知道java.util.HashSet是Set接口的一个实现类

• 它所存储的元素是不可重复的
• 元素都是无序的(即存取顺序不一致)
• 没有索引，没有带索引的方法，也不能使用普通for循环遍历
• java.util.HashSet  是由哈希表(实际上是一个 HashMap 实例)支持，换句话说它的底层的实现数据结构是哈希表结构，而哈希表结构的特点是查询速度非常快。

我们先来使用一下HashSet集合，体验一下，再进行讲解：

三、HashSet集合存储数据的结构

3.1 哈希表数据结构

我们在前面的文章中，已经介绍过基本的数据结构，大家可以回顾一下。

哈希表是什么呢？简单的理解，在Java中，哈希表有两个版本，在jdk1.8 之前，哈希表 = 数组+链表 ，而在 jdk1.8 之后，哈希表 = 数组+链表+红黑树(一种特殊的二叉树) 我们在这里对哈希表的讲述，为了便于我们学习，只需要记住它在计算机中的结构图即可。

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再一个，现在我们大多使用的jdk版本是1.8之后的，所以我们讲解的哈希表结构是第二个版本。我们在之前已经介绍过数组和链表的结构图，所以我们在这里就简单介绍一下红黑树结构。

我们在生活中树的结构，树根-树枝-叶子。计算机世界的树，刚好与我们现实中的树成镜像相反，树根在上，树枝在下。那每个树枝上只有不超过两个叶子的就叫做 二叉树，而红黑树就是我们一棵特殊的二叉树，结构就是这样： 

说完红黑二叉树呢，我们来看看我们的哈希表结构图：

• 有数组
• 有链表
• 有红黑树

3.2 哈希值

我们刚刚通过哈希表的介绍，知道元素在结构中的存放位置，是根据hash值来决定的，而 链表的长度达到某些条件就可能触发把链表演化为一个红黑树结构。

那么hash值是什么呢？说白了就是个数字，只不过是通过一定算法计算出来的。接下来我们介绍一下：

• 哈希值：是JDK 根据对象地址或者字符串或者数字算出来的 int 类型的数值
• 如何获取哈希值？

在java基础中，我们学习过 Object类是所有类的基类，每个类都默认继承Object类。通过API 文档查找，有个方法 public int hashCode()：返回对象的哈希码值。

我们看下这个方法的使用：首先定义一个person类，具有两个属性，设置getset方法，设置构造函数。

好，我们了解了hash值概念和获取方式，那我们就来看看元素事怎么加入到 hashset中的。

3.3  添加元素过程

那么向 HashSet集合中，添加一个元素时，到底执行了哪些流程呢？ 

首先我们在实例化HashSet 对象，通过api文档，在调用空参构造器后，创建了一个长度为16的数组。其次在调用add方法之后，它的执行流程如下：

1）根据对象的哈希值计算存储位置；

• 如果当前位置没有元素则直接存入；
• 如果当前位置有元素存在，则进入第二步。

2）当前元素的元素和已经存在的元素比较哈希值如果哈希值不同，则将当前元素进行存储如果哈希值相同，则进入第三步；

3）通过equals()方法比较两个元素的内容如果内容不相同，则将当前元素进行存储如果内容相同，则不存储当前元素。
用流程图来表示：

了解了元素添加的原理后，在添加元素的过程中，如果说某一条链表达到一定数量，就会触发条件，去演化为一条红黑树，防止我们学起来太吃力，在这里不做深入探究。 

总而言之，JDK1.8引入红黑树大程度优化了HashMap的性能，那么对于我们来讲保证HashSet集合元素的唯一，其实就是根据对象的hashCode和equals方法来决定的。如果我们往集合中存放自定义的对象，那么保证其唯一，就必须复写hashCode和equals方法建立属于当前对象的比较方式。

四HashSet 存储自定义类型元素

执行结果：

Hashset 元素=Student{name='玛丽', age=20}

Hashset 元素=Student{name='沈腾', age=30}

五、LinkedHashSet

我们知道HashSet 保证元素的唯一，可元素存放进去是没有顺序的，那么我们有没有办法保证有序呢？ 打开API文档，我们查看 HashSet下面有一个子类 java.util.LinkedHashSet，这个名字听起来和我们之前学过的LinedList 有点像呢。

通过文档，LinkedHashSet 具有可预知迭代顺序的 Set 接口的哈希表和链接列表实现。此实现与 HashSet 的不同之外在于，后者维护着一个运行于所有条目的双重链接列表。 

简单的理解为：在进行集合添加元素的同时，不仅经过程序的执行形成一个哈希表结构，还维护了一个记录插入前后顺序的双向链表。 我们通过案例来感受一下：

执行结果：   
第一次：   
---world   
---hao   
---hello   
---ni   
第二次：   
---hello   
---world   
---ni   
---hao

六、总结

到这里我们已经讲完了单列集合的两种基本接口，分别是List 和 Set，然后通过一些简单的案例，我们也初步了解了它们的使用，其实大家可能还是有些懵逼的；但是在这里，还是要多练习，多看看别人的代码，看看别的优秀的代码，是在怎样的场景下使用的，是怎么互相转换使用的。

希望大家在阅读这个系列文章时，能够受到一点启发，让自己的学习和工作都能更加高效。更重要的是，让大家认识到技术的出现是为了解决问题而创造出来的，它本质上就是为了解决生活中的难题，只不过采用了一些好的、快捷的方式罢了。