【Java集合】Set集合背后的秘密：为什么它比List接口更严格？

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。 ## 1 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 ``` //创建集合对象 HashSet<String> hs = new HashSet<String>(); //使用Collection的方法添加元素 hs.add("hello"); hs.add("world"); hs.add("java"); //无法添加，在执行这行代码时，会报错误 hs.add("world"); //遍历 for(String s : hs) { System.out.println(s); } ``` 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； 在添加代码 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。 ## 2 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，在进行讲解： ``` public class Demo1Set { public static void main(String[] args) { //创建集合对象 HashSet<String> hs = new HashSet<String>(); //添加元素 hs.add("hello"); hs.add("world"); hs.add("java"); hs.add("world"); //使用增强for遍历 for(String s : hs) { System.out.println(s); } } } 输出结果如下 world java hello ***发现world 单词只存储了一个，集合中没有重复元素*** ``` ## 3 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，大家可以回顾以下。 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。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。 >你还在苦恼找不到真正免费的编程学习平台吗?可以试试[云端源想](https://ydcode.cn/memberIndex?sourceId=299)！课程视频、在线书籍、在线编程、实验场景模拟、一对一咨询…无论你是初学者还是有经验的开发者，这里都有你需要的一切。最重要的是，所有资源完全免费！[点击这里，立即开始你的学习之旅!](https://ydcode.cn/memberIndex?sourceId=299) 我们在之前已经介绍过数组和链表的结构图，所以我们在这里就来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颗特殊的二叉树，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 ``` public class Demo2HashCode { public static void main(String[] args) { String str1 = "hello"; String str2 = new String("hello"); System.out.println("str1 hashcode =" + str1.hashCode()); System.out.println("str2 hashcode =" + str2.hashCode()); //通过上下两段代码的对比，我们可以知道 String 类重写了HashCode()方法。 Student student = new Student("玛丽", 20); Student student2 = new Student("沈腾", 30); System.out.println("student hashcode =" + student.hashCode()); System.out.println("student2 hashcode =" + student2.hashCode()); } } ``` 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，同过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： 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 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 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。 ## 4 HashSet 存储自定义类型元素 ``` //优化后的student public class Student { private String name; private int age; public Student(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } @Override public String toString() { return "Student{" + "name='" + name + '\'' + ", age=" + age + '}'; } @Override public boolean equals(Object o) { if (this == o) return true; if (!(o instanceof Student)) return false; Student student = (Student) o; if (age != student.age) return false; return name.equals(student.name); } @Override public int hashCode() { int result = name.hashCode(); result = 31 * result + age; return result; } } public class Demo3HashSet { public static void main(String[] args) { HashSet<Student> students = new HashSet<>(); Student student = new Student("玛丽", 20); Student student2 = new Student("沈腾", 30); Student student3 = new Student("沈腾", 30); students.add(student); students.add(student2); students.add(student3); for (Student studentObj : students) { System.out.println("Hashset 元素=" + studentObj); } } } 执行结果 Hashset 元素=Student{name='玛丽', age=20} Hashset 元素=Student{name='沈腾', age=30} ``` ## 5 LinkedHashSet 我们知道HashSet 保证元素的唯一，可以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： ``` public class Demo4LinkedHashSet { public static void main(String[] args) { // Set<String> demo = new HashSet<>(); Set<String> demo = new LinkedHashSet<>(); demo.add("hello"); demo.add("world"); demo.add("ni"); demo.add("hao"); demo.add("hello"); for (String content : demo) { System.out.println("---" + content); } } } 执行结果： 第一次： ---world ---hao ---hello ---ni 第二次： ---hello ---world ---ni ---hao ``` ### 小结 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； 希望在大家阅读这个系列文章的时候，一方面使一些刚学习的新人，有所帮助；一方面为一些已经工作了一段时间的朋友，温故而知新；更重要的一点，让大家知道，技术的出现，是为了解决问题而创造出来的，他本来就是为了解决生活的难题，只不过使用了一些好的，快捷的方式而已。 可能文章中有些地方讲的不恰当，大家可以私信，探讨探讨，互相提高。本篇就到这里，happy ending！