? ? ? ? 這節我們接著學習 Set 集合。

一、Set 集合

1.1 Set 概述

????????java.util.Set 接口繼承了 Collection 接口，是常用的一種集合類型。 相對于之前學習的List集合，Set集合特點如下：

????????除了具有 Collection 集合的特點，還具有自己的一些特點：

• ?Set是一種無序的集合
• ?Set是一種不帶下標索引的集合
• ?Set是一種不能存放重復數據的集合

Set 接口繼承體系：

Set 接口方法：

基礎案例：

實例化一個Set集合，往里面添加元素并輸出，注意觀察集合特點（無序、不重復）：

import java.util.Set;
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;public class SetTest {public static void main(String[] args) {//1.實例化Set集合，指向HashSet實現類對象Set<String> set = new HashSet<>();set.add("hello1");set.add("hello2");set.add("hello3");set.add("hello4");set.add("hello5");set.add("hello5"); //添加失敗 重復元素//增強for循環遍歷for (String obj : set) {System.out.println(obj);}System.out.println("------------------");//迭代器遍歷Iterator<String> it = set.iterator();while (it.hasNext()) {Object obj = it.next();System.out.println(obj);}}
}

運行結果：

hello1
hello4
hello5
hello2
hello3
------------------
hello1
hello4
hello5
hello2
hello3

通過以上代碼和運行結果，可以看出Set類型集合的特點：無序、不可重復

1.2 HashSet

????????java.util.HashSet 是Set接口的實現類，它使用哈希表（Hash Table）作為其底層數據結構來存儲數據。

HashSet特點：

• 無序性：HashSet中的元素的存儲順序與插入順序無關

HashSet使用哈希表來存儲數據，哈希表根據元素的哈希值來確定元素的存儲位置，而哈希值是根據元素的內容計算得到的，與插入順序無關。

• 唯一性：HashSet中不允許重復的元素，即每個元素都是唯一的

關鍵：存儲自定義對象時，必須同時重寫hashCode()和equals()，否則無法保證唯一性（默認用地址值計算哈希，導致內容相同的對象被視為不同元素）。

• 允許null元素：HashSet允許存儲null元素，但只能存儲一個null元素， HashSet中不允許重復元素
• 高效性：HashSet的插入、刪除和查找操作的時間復雜度都是O(1)

哈希表通過將元素的哈希值映射到數組的索引來實現快速的插入、刪除和查找操作。

基礎案例1：

實例化HashSet對象，往里面插入多個字符串，驗證HashSet特點。

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;public class HashSetTest {public static void main(String[] args) {//1.實例化HashSet對象Set<String> set = new HashSet<>();//2.添加元素set.add("hello");set.add("world");set.add("nihao");set.add("hello");set.add(null);set.add(null);System.out.println("size:"+set.size());//3.遍歷for (String str : set) {System.out.println(str);}}
}

運行結果：

size:4
null
world
nihao
hello

根據結果可知，HashSet無序、唯一、null值可存在且只能存在一個。

元素插入過程：

當向HashSet中插入元素時，先獲取元素的hashCode()值，再檢查HashSet中是否存在相同哈希值的元素，如果元素哈希值唯一，則直接插入元素

如果存在相同哈希值的元素，會調用元素的equals()方法來進一步判斷元素是否是相同。如果相同，則不會插入重復元素；如果不同，則插入元素

案例展示：

重寫Student類的hashCode()方法：

class Student {private String id;       // 關鍵屬性1（equals中比較）private String name;     // 關鍵屬性2（equals中比較）private int age;         // 非關鍵屬性（equals中不比較，hashCode中也不參與計算）// 構造方法public Student(String id, String name, int age) {this.id = id;this.name = name;this.age = age;}// 先重寫equals()（必須與hashCode()基于相同屬性）@Overridepublic boolean equals(Object obj){if (this == obj) {return true;}if (obj == null) {return false;}if (getClass() != obj.getClass()) {return false;}Student other = (Student)obj;if (name == null) {if (other.name != null) {return false;}}else if (!name.equals(other.name)) {return false;}if (age != other.age) {return false;}return true;}// 重寫hashCode()（基于id和name計算）@Overridepublic int hashCode() {int result = 17; // 初始化哈希種子（非零經驗值）// 處理id（引用類型，可能為null）int idHash = (id == null) ? 0 : id.hashCode();result = 31 * result + idHash; // 31是質數，減少哈希沖突// 處理name（引用類型，可能為null）int nameHash = (name == null) ? 0 : name.hashCode();result = 31 * result + nameHash;return result; // 返回最終哈希值}
}

如果要往HashSet集合存儲自定義類對象，那么一定要重寫自定義類中的 hashCode方法和equals方法！

1.3 TreeSet

????????TreeSet是SortedSet（Set接口的子接口）的實現類，它基于紅黑樹（Red Black Tree）數據結構實現。

TreeSet特點：

• 有序性：插入的元素會自動排序，每次插入、刪除或查詢操作后，TreeSet會自動調整元素的順序，以保持有序性。
• 唯一性：TreeSet中不允許重復的元素，即集合中的元素是唯一的。如果嘗試插入一個已經存在的元素，該操作將被忽略。
• 動態性：TreeSet是一個動態集合，可以根據需要隨時添加、刪除和修改元素。插入和刪除操作的時間復雜度為O(log n)，其中n是集合中的元素數量。
• 高效性：由于TreeSet底層采用紅黑樹數據結構，它具有快速的查找和插入性能。對于有序集合的操作，TreeSet通常比HashSet更高效。

基礎案例：

準備一個TreeSet集合，放入多個自定義類Person對象，觀察是否自動進行排序。

基礎類Person類：

import java.util.Set;import java.util.TreeSet;class Person {private String name;private int age;public Person() {}public Person(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;}@Overridepublic String toString() {return "Person [name=" + name + ", age=" + age + "]";}
}

測試類：

public class Test_Person {public static void main(String[] args) {//1.實例化TreeSetSet<Person> set = new TreeSet<>();//2.添加元素set.add(new Person("zs", 21));set.add(new Person("ls", 20));set.add(new Person("tom", 19));//3.遍歷集合for (Person person : set) {System.out.println(person);}}
}

運行程序發現：

//程序運行，提示異常，具體如下：
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: 
java.lang.Comparableat java.util.TreeMap.compare(TreeMap.java:1290)at java.util.TreeMap.put(TreeMap.java:538)at java.util.TreeSet.add(TreeSet.java:255)at Test_Person.main(Test_Person.java:41)

問題分析：

根據異常提示可知錯誤原因是： Person 無法轉化成 Comparable ，從而導致 ClassCastException 異常 。 為什么會這樣呢？

解析：

TreeSet是一個有序集合，存儲數據時，一定要指定元素的排序規則，有兩種指定的方式，具體如下：

• 自然排序（元素所屬類型要實現 java.lang.Comparable 接口）
• 比較器排序

1）自然排序

如果一個類，實現了 java.lang.Comparable 接口，并重寫了 compareTO 方法，那么這個類的對象就是可以比較大小的。

public interface Comparable<T> {public int compareTo(T o);
}

compareTo方法說明：

????????int result = this.屬性.compareTo(o.屬性);

• result的值大于0，說明this比o大
• result的值小于0，說明this比o小
• result的值等于0，說明this和o相等

元素插入過程：

????????當向TreeSet插入元素時，TreeSet會使用元素的 compareTo() 方法來比較元素之間的大小關系。根據比較結果，TreeSet會將元素插入到合適的位置，以保持有序性。如果兩個元素相等（ compareTo() 方法返回0），TreeSet會認為這是重復的元素，只會保留一個。

基礎 Person 類：

//定義Person類，實現自然排序
public class Person implements Comparable<Person> {private String name;private int age;public Person() {}public Person(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;}@Overridepublic String toString() {return "Person [name=" + name + ", age=" + age + "]";}//重寫方法，指定比較規則：先按name升序，name相同則按age降序@Overridepublic int compareTo(Person o) {//注意：字符串比較需要使用compareTo方法int r = name.compareTo(o.name);if(r == 0) {r = o.age - this.age;}return r;}
}

測試類：

import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;
import com.briup.chap08.bean.Person;//自然排序測試
public class Test073_Comparable {public static void main(String[] args) {//1.實例化TreeSetSet<Person> set = new TreeSet<>();//2.添加元素set.add(new Person("zs", 21));set.add(new Person("ww", 20));set.add(new Person("zs", 21));set.add(new Person("tom", 19));set.add(new Person("tom", 23));set.add(new Person("jack", 20));//3.遍歷集合for (Person person : set) {System.out.println(person);}}
}

運行結果：

Person [name=jack, age=20]
Person [name=tom, age=23]
Person [name=tom, age=19]
Person [name=ww, age=20]
Person [name=zs, age=21]

????????對于整型、浮點型元素，它們會按照從小到大的順序進行排序。對于字符串類型的元素，它們會按照字典順序進行排序。

注意事項：compareTo方法的放回結果，只關心正數、負數、零，不關心具體的值是多少

2）TreeSet 比較器排序

思考：如果上述案例中Person類不是自定義類，而是第三方提供好的（不可以修改源碼），那么如何實現排序規則的指定？

我們可以使用比較器（Comparator）來自定義排序規則。

比較器排序步驟：

1. 創建一個實現了Comparator接口的比較器類，并重寫其中的 compare() 方法
2. 該方法定義了元素之間的比較規則。在 compare() 方法中，我們可以根據元素的屬性進行比較，并返回負整數、零或正整數，來表示元素之間的大小關系。
3. 創建TreeSet對象時，將比較器對象作為參數傳遞給構造函數，這樣，TreeSet 會根據比較器來進行排序。

compare方法說明：

???????? int result = compare(o1, o2);

• result的值大于0，表示升序
• result的值小于0，表示降序
• result的值等于0，表示元素相等，不能插入

注意：這里和自然排序的規則是一樣的，只關心正數、負數、零，不關心具體的值是多少

案例展示：

使用比較器排序，對上述案例中Person進行排序，要求先按age升序，age相同則按name降序。

import java.util.Comparator;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;public class TestPerson {public static void main(String[] args) {//1.準備自定義比較器對象//匿名內部類形式Comparator<Person> comp = new Comparator<Person>() {//重寫比較算法：先按age升序，age相同則按name降序@Overridepublic int compare(Person o1,Person o2){int r = o1.getAge() - o2.getAge();if (r == 0) {//注意：比較字符串需使用compareTo()方法r = o2.getName().compareTo(o1.getName());}return r;}};//2.實例化TreeSet，傳入自定義比較器對象Set<Person> set = new TreeSet<>(comp);//3.添加元素set.add(new Person("zs",21));set.add(new Person("ww",20));set.add(new Person("zs",21));set.add(new Person("tom",19));set.add(new Person("tom",23));set.add(new Person("jack",20));//4.遍歷集合for (Person person : set) {System.out.println(person);}}
}

運行結果：

Person [name=tom, age=19]
Person [name=ww, age=20]
Person [name=jack, age=20]
Person [name=zs, age=21]
Person [name=tom, age=23]

注意：如果同時使用自然排序和比較器排序，比較器排序將覆蓋自然排序。

1.4 LinkedHashSet

????????LinkedHashSet 是 HashSet 的一個子類，具有 HashSet 的高效性能和唯一性特性，并且保持了元素的插入順序，其底層基于哈希表和鏈表實現。

案例展示：

實例化一個LinkedHashSet集合對象，存入多個String字符串，觀察是否唯一及順序存儲。

import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;public class Test_LinkedHashSet {public static void main(String[] args) {//1.實例化LinkedHashSetSet<String> set = new LinkedHashSet<>();//2.添加元素set.add("bbb");set.add("aaa");set.add("abc");set.add("bbc");set.add("abc");//3.迭代器遍歷Iterator it = set.iterator();while (it.hasNext()) {System.out.println(it.next());}}
}

運行結果：

bbb
aaa
abc
bbc

1.5 Set 小結

下節我們學習Map集合。