Java Set 常用集合 HashSet、LinkedHashSet、TreeSet

低吟不作語發表於2020-09-24
Java

Java 中的 Set 是非常常用的資料型別。Set 是無序的 Collection，Java Set 有三個常用的實現類，分別是：HashSet、LinkedHashSet、TreeSet



本文基於 JDK8 分析


HashSet

HashSet 繼承自 AbstractSet，實現了 Set 介面。底層基於 HashMap 實現，是一個不允許有重複元素的無序集合。允許 null 元素，非執行緒安全。HashSet 還實現了 Cloneable、Serializable 介面，所以 HashSet 是支援複製、序列化的

所以說，HashMap 是替 HashSet 打工的。就像老闆手下的員工，任勞任怨，做牛做馬，像極了被剝削的我們（小聲嗶嗶）

// 用於儲存元素的 HashMap
private transient HashMap<E,Object> map;
// 湊數的值元素，
private static final Object PRESENT = new Object();

HashSet 有五個建構函式，解釋下第二個建構函式：預設載入因子為 0.75 的情況下，假設 c 的元素個數就是 map 此時的最大閾值，最大閾值為 (int) (c.size()/.75f)，再加一，通過 HashMap 的擴容機制（取大於當前容量的最小二次冪），就可以取得最適合的容量大小

// 構造一個預設容量為 16 的 HashMap
public HashSet()  {
    map = new HashMap<>();
}
// 將 Collection 中的元素賦給 HashMap
public HashSet(Collection<? extends E> c) {
    map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
    addAll(c);
}
// 指定 HashMap 的初始容量和載入因子
public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
    map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}
// 指定 HashMap 的初始容量
public HashSet(int initialCapacity) {
    map = new HashMap<>(initialCapacity);
}
// 供 LinkedHashSet 使用
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
    map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}

HashSet 常用方法

第一個是 add 方法。HashSet 使用 HashMap 保證元素不重複，熟悉 HashMap 的都知道，HashMap 的 Key 是不允許重複的，所以可以把要新增的元素作為 HashMap 的 Key 儲存，但 Value 還是要有的，所以 HashSet 又定義了一個靜態常量物件 PRESENT 來湊數，實際上並沒有什麼意義

private static final Object PRESENT = new Object();

public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT) == null;
}

到這裡就一目瞭然了，HashSet 中新增元素的方法其實就是呼叫 HashMap 的 put 方法，如果 put 方法的返回值為 null，證明以 e 為鍵的元素不存在，則可以新增；否則會把原有的值刪除並覆蓋，並返回原來的值。所以當 add 方法中的條件判斷成立，則證明新增成功，反之則失敗。如果不瞭解 HashMap 的機制，可以看一下下面這張圖

![](G:\SSS\Java\Java SE\部落格\HashMap add.png)

至於其他的 remove、contains 就更不用說了，全是 HashMap 的知識，不再贅述


LinkedHashSet

LinkedHashSet 是 HashSet 的子類，實現了 Set 介面，Set 有的特點它都有。既然 HashSet 靠 HashMap 幹活，那是否 LinkedHashSet 也有自己的小弟呢？（沒錯，說的就是你 LinkedHashMap）

還記得之前提到在 HashSet 有一個專供 LinkedHashSet 使用的構造方法嗎？這個構造方法只能由 LinkedHashSet 呼叫，引數 dummy 並沒有實際意義，只是為了和 HashSet 中其他引數區分開罷了（過載原理）

LinkedHashMap 基於雙向連結串列實現，相比於 HashMap 最大的不同就是有序。LinkedHashSet 中除了四個構造器以外再無其他方法，全部繼承自 HashSet。如果想了解更多，就去看看 LinkedHashMap 吧

// HashSet 中專供 LinkedHashSet 使用的構造方法
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
    map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}

// LinkedHashSet 的構造方法
public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
    super(initialCapacity, loadFactor, true);
}

public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
    super(initialCapacity, .75f, true);
}

public LinkedHashSet() {
    super(16, .75f, true);
}

public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c) {
    super(Math.max(2*c.size(), 11), .75f, true);
    addAll(c);
}

TreeSet

在此之前先了解一下 SortedSet，SortSet 擴充套件了 Set 並提供其元素的總排序，要求所有元素都必須實現 Comparable 介面，而且所有元素都必須是可比較的，即兩個物件可以互相作為 compareTo 方法的引數。從這裡可以看出，SortedSet 所謂的有序並不是我們通常認為的先後插入順序，而是根據物件的比較函式對元素排序。SortSet 介面的方法如下：

// 返回用於對此集合中的元素進行排序的比較器，如果此集合使用其元素的自然順序，則返回 null
Comparator<? super E> comparator();
// 返回此集合的部分元素，元素範圍從 fromElement（包括）到 toElement（不包括）
SortedSet<E> subSet(E fromElement, E toElement);
// 返回此集合的部元素，其中元素全部小於 toElement
SortedSet<E> headSet(E toElement);
// 返回此集合的部分元素，其中元素全部大於或等於 fromElement
SortedSet<E> tailSet(E fromElement);
// 返回此集合中當前的第一個（最低）元素
E first();
// 返回此集合中當前的最後一個（最高）元素
E last();

NavigableSet 實現了 Sorted 介面，其本身也是一個介面，對 SortedHash 進行了擴充套件，支援導航方法，例如查詢與指定目標最匹配項等。TreeSet 繼承自 AbstractSet，實現了 NavigableSet 介面。TreeSet 基於 TreeMap 實現，其構造方法如下：

private transient NavigableMap<E,Object> m;

// 構造一個指定的 NavigableMap 的集合
TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
    this.m = m;
}
// 預設方法，根據元素的自然排序進行排序
public TreeSet() {
    this(new TreeMap<E,Object>());
}
// 指定比較器進行排序
public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
    this(new TreeMap<>(comparator));
}
// 構造一個包含指定集合中元素的集合，根據元素的自然排序進行排序
public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
    this();
    addAll(c);
}
// 構造一個包含相同元素的集合，並使用與指定排序集相同的排序
public TreeSet(SortedSet<E> s) {
    this(s.comparator());
    addAll(s);
}

TreeSet 也是基於 TreeMap 工作的，TreeMap 也是一個可排序的 Map，排序原理也是依靠比較器，更多的細節請了解 TreeMap


相關文章