JavaSE集合之Set

Posted 2020-10-07 LanceToBigData

今天这一篇把之前没有搞懂的TreeSet中的比较搞得非常的清楚，也懂得了它的底层实现。希望博友提意见！

一、Set接口

1.1、Set集合概述

　　Set集合：它类似于一个罐子，程序可以依次把多个对象 “丢进” Set 集合，而 Set 集合通常不能记住元素的添加的顺序，也就是说Set 集合是无序的。

　　　　　　  Set 集合与 Colleaction 基本相同，没有提供额外的方法，实际上 Set 就是 Collection，只是行为略有不同（Set 不允许包含重复元素）。

1.2、Set类型集合特点

　　集合中的元素不可重复，无索引，有没有序要看Set接口具体的实现类是谁。　

　　Set接口常见的实现类有:HashSet、LinkedHashSet
　　　　HashSet集合中元素的特点 :无序不可重复
　　　　LinkedHashSet集合中元素的特点:有序不可重复

二、HashSet

2.1、HashSet概述

　　　 Set 接口的典型实现类，HashSet是基于HashMap实现，大多数时候使用 Set 集合时就是使用这个实现类。HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取和查找性能。数据结构是哈希表。线程是非同步的。　　

 　　  保证元素唯一性的原理：判断元素的hashCode值是否相同。

               　　　　　　　　    如果相同，还会继续判断元素的equals方法，是否为true。

2.2、HashSet特点

　　　　不能保证元素的排列顺序，顺序可能和添加的顺序不同，顺序也有可能发生变化。

　　　　HashSetf不是同步的，如果多个线程同时来访问一个 HashSet，假设有两个或者两个以上线程同时修改了HashSet 集合时，则必须通过代码来保证其同步。

　　　　集合元素值可以是 null。

2.3、HashSet如何保证元素唯一性的原理

　　当我们想要创建一个集合，该集合里面的元素都具有唯一性时。会遇到两种情况：

　　1）元素为String类型，可以直接用Hashset<String>集合来创建

　　2）String类重写了hashCode()和equals()方法，所以，它就可以把内容相同的字符串去掉，只留下一个。

　　　　思路图：

　　　　

　　3）HashSet保证元素唯一性的原理　　　　　　

　　　　我们使用Set集合都是需要去掉重复元素的, 如果在存储的时候逐个equals()比较, 效率较低,哈希算法提高了去重复的效率, 降低了使用equals()方法的次数
　　　　当HashSet调用add()方法存储对象的时候, 先调用对象的hashCode()方法得到一个哈希值, 然后在集合中查找是否有哈希值相同的对象
　　　　如果没有哈希值相同的对象就直接存入集合
　　　   如果有哈希值相同的对象, 就和哈希值相同的对象逐个进行equals()比较,比较结果为false就存入, true则不存。

　　4）将自定义类的对象存入HashSet去重复　

　　　　类中必须重写hashCode()和equals()方法
　　　　　　hashCode(): 属性相同的对象返回值必须相同, 属性不同的返回值尽量不同(提高效率)
　　　　　　equals(): 属性相同返回true, 属性不同返回false,返回false的时候存储。

　　　　在开发中并不要我们去写，比如使用eclipse开发中，在类上面 Alt+Shift+s ，再点h，就能生成相对应的重写的hashCode()和equls()方法了。那我们就来分析一下，该怎么写的。

/*
    注意：这里是一个Student类：里面有name和age属性。
     * 为什么是31?
     * 1,31是一个质数,质数是能被1和自己本身整除的数
     * 2,31这个数既不大也不小
     * 3,31这个数好算,2的五次方-1,2向左移动5位
     */
    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = prime * result + age;
        result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
        return result;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj)                        //调用的对象和传入的对象是同一个对象
            return true;                        //直接返回true
        if (obj == null)                        //传入的对象为null
            return false;                        //返回false
        if (getClass() != obj.getClass())        //判断两个对象对应的字节码文件是否是同一个字节码
            return false;                        //如果不是直接返回false
        Person other = (Person) obj;            //向下转型
        if (age != other.age)                    //调用对象的年龄不等于传入对象的年龄
            return false;                        //返回false
        if (name == null) {                        //调用对象的姓名为null
            if (other.name != null)                //传入对象的姓名不为null
                return false;                    //返回false
        } else if (!name.equals(other.name))    //调用对象的姓名不等于传入对象的姓名
            return false;                        //返回false
        return true;                            //返回true
    }

细说hashCode和equals方法

2.4、一个案例来说明问题

package com.zyh.domain;

public class Person {
    private String name;
    private int age;

    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;
    }

    /*
     * 为什么是31?
     * 1,31是一个质数,质数是能被1和自己本身整除的数
     * 2,31这个数既不大也不小
     * 3,31这个数好算,2的五次方-1,2向左移动5位
     */
    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = prime * result + age;
        result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
        return result;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj)                        //调用的对象和传入的对象是同一个对象
            return true;                        //直接返回true
        if (obj == null)                        //传入的对象为null
            return false;                        //返回false
        if (getClass() != obj.getClass())        //判断两个对象对应的字节码文件是否是同一个字节码
            return false;                        //如果不是直接返回false
        Person other = (Person) obj;            //向下转型
        if (age != other.age)                    //调用对象的年龄不等于传入对象的年龄
            return false;                        //返回false
        if (name == null) {                        //调用对象的姓名为null
            if (other.name != null)                //传入对象的姓名不为null
                return false;                    //返回false
        } else if (!name.equals(other.name))    //调用对象的姓名不等于传入对象的姓名
            return false;                        //返回false
        return true;                            //返回true
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name=\'" + name + \'\\\'\' +
                ", age=" + age +
                \'}\';
    }
}

Person

package com.zyh.Collection.set;

import com.zyh.domain.Person;

import java.util.HashSet;

public class HashSetDemo_0010 {
/*
  HashSet集合存储自定义对象并遍历。如果对象的成员变量值相同即为同一个对象
 
     注意了：
         你使用的是HashSet集合，这个集合的底层是哈希表结构。
         而哈希表结构底层依赖:hashCode()和equals()方法。
         如果你认为对象的成员变量值相同即为同一个对象的话，你就应该重写这两个方法。
         如何重写呢?不同担心，自动生成即可。
*/
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<Person> hs = new HashSet<>();
        hs.add(new Person("boy",10));
        hs.add(new Person("girl",34));
        hs.add(new Person("girl",34));
        hs.add(new Person("boy",10));
        hs.add(new Person("person",10));
        hs.add(new Person("boy",10));
        hs.add(new Person("person",10));
        hs.add(new Person("boy",10));
        hs.add(new Person("girl",34));

        //遍历集合
        for(Person p : hs){
            System.out.println(p.getName()+":"+p.getAge());
        }
    }
}

HashSetDemo_0010

 

三、LinkedHashSet　　　

3.1、LinkedHashSet概述　

　　1）LinkedHashSet是HashSet的子类，LinkedHashSet 集合也是根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，但它同时使用链表维护元素的次序，这样使得元素看起来是以插入的顺序保存的。

　　　　也就是说，当遍历 LinkedHashSet 将会按照添加元素顺序来访问集合里的元素。

　　2）LinkedHashSet是通过用一个链表的实现来扩展HashSet，从而支持了对HashSet中的元素的排序。所以LinkedHashSet可以按照元素插入时的顺序进行提取。

　　3）LinkedHashSet 需要维护元素的插入顺序，因此性能略低于 HashSet 的性能，但在迭代访问 Set 里的全部元素时将有很好的性能，因为它以链表来维护内部顺序。

　　　　虽然 LinkedHashSet 使用了链表记录集合元素的添加顺序，但 LinkedhasHSet依然是 HashSet,因此它依然不允许集合元素重复。

　　4）LinkedHashSet只能按照先后顺序来进行排序，TreeSet则是按照比较器给的比较规则进行从小到大排序。其实现也就是借助于TreeMap。

3.2、LinkedHashSet的特点

　　一是：保证元素唯一。二是：可以保证怎么存就怎么取 

3.3、SortedSet接口与TreeSet类

　　SortedSet接口是Set接口的子接口,除了拥有Set集合的一些基本特点之外,还提供了排序的功能。
　　TreeSet类就是SortedSet接口的实现类

四、TreeSet

4.1、TreeSet概述

　　1）TreeSet继承与实现关系　

　　　　TreeSet 是一个有序的集合，它的作用是提供有序的Set集合。它继承于AbstractSet抽象类，实现了NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable接口。
　　　　TreeSet 继承于AbstractSet，所以它是一个Set集合，具有Set的属性和方法。
　　　　TreeSet 实现了NavigableSet接口，意味着它支持一系列的导航方法。比如查找与指定目标最匹配项。
　　　　TreeSet 实现了Cloneable接口，意味着它能被克隆。
　　　　TreeSet 实现了java.io.Serializable接口，意味着它支持序列化。

　　　　TreeSet是基于TreeMap实现的。TreeSet中的元素支持2种排序方式：自然排序 或者 根据创建TreeSet 时提供的 Comparator （比较器排序）进行排序。这取决于使用的构造方法。
　　　　TreeSet为基本操作（add、remove 和 contains）提供受保证的 log(n) 时间开销。
　　　　另外，TreeSet是非同步的。 它的iterator 方法返回的迭代器是fail-fast的。

 　　2）存储对象

　　　　TreeSet存储对象的时候, 可以排序, 但是需要指定排序的算法。

　　　　Integer能排序(有默认顺序), String能排序(有默认顺序), 自定义的类存储的时候出现异常(没有顺序)

　　　　如果想把自定义类的对象存入TreeSet进行排序, 那么必须实现Comparable接口
　　　　　　在类上implement Comparable
　　　　　　重写compareTo()方法
　　　　　　在使用TreeSet存储对象的时候, add()方法内部就会自动调用compareTo()方法进行比较, 根据比较结果使用二叉树形式进行存储

　　3）Tree的构造方法

　　// 默认构造函数。使用该构造函数，TreeSet中的元素按照自然排序进行排列。
　　TreeSet()

　　// 创建的TreeSet包含collection
　　TreeSet(Collection<? extends E> collection)

　　// 指定TreeSet的比较器
　　TreeSet(Comparator<? super E> comparator)

　　// 创建的TreeSet包含set
　　TreeSet(SortedSet<E> set)

 

　　4）TreeSet与Collection的关系

　　　　

　　　　TreeSet继承于AbstractSet，并且实现了NavigableSet接口。

　　　　 TreeSet的本质是一个"有序的，并且没有重复元素"的集合，它是通过TreeMap实现的。TreeSet中含有一个"NavigableMap类型的成员变量"m，而m实际上是"TreeMap的实例"。 

 4.2、TreeSet原理

　　1）特点
　　　　TreeSet是用来排序的, 可以指定一个顺序, 对象存入之后会按照指定的顺序排列
　　2）使用方式
　　　　2.1）自然顺序(Comparable)
　　　　　　TreeSet类的add()方法中会把存入的对象提升为Comparable类型
　　　　　　调用对象的compareTo()方法和集合中的对象比较
　　　　　　根据compareTo()方法返回的结果进行存储
　　　　2.2）比较器顺序(Comparator)
　　　　　　创建TreeSet的时候可以制定 一个Comparator
　　　　　　如果传入了Comparator的子类对象, 那么TreeSet就会按照比较器中的顺序排序
　　　　　　add()方法内部会自动调用Comparator接口中compare()方法排序
　　　　　　调用的对象是compare方法的第一个参数,集合中的对象是compare方法的第二个参数
　　　　2.3）两种方式的区别
　　　　　　TreeSet构造函数什么都不传, 默认按照类中Comparable的顺序(没有就报错ClassCastException)
　　　　　　TreeSet如果传入Comparator, 就优先按照Comparator

4.3、图解TreeSet的排序原理

　　4.3.1、环境

　　　　我们创建了一个Person类和一个测试类TreeSetDemo_0010类

package com.zyh.domain;

public class Person {
    private String name;
    private int age;

    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;
    }

    /*
     * 为什么是31?
     * 1,31是一个质数,质数是能被1和自己本身整除的数
     * 2,31这个数既不大也不小
     * 3,31这个数好算,2的五次方-1,2向左移动5位
     */
    @Override
    public int hashCode() {
        final int prime = 31;
        int result = 1;
        result = prime * result + age;
        result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
        return result;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj)                        //调用的对象和传入的对象是同一个对象
            return true;                        //直接返回true
        if (obj == null)                        //传入的对象为null
            return false;                        //返回false
        if (getClass() != obj.getClass())        //判断两个对象对应的字节码文件是否是同一个字节码
            return false;                        //如果不是直接返回false
        Person other = (Person) obj;            //向下转型
        if (age != other.age)                    //调用对象的年龄不等于传入对象的年龄
            return false;                        //返回false
        if (name == null) {                        //调用对象的姓名为null
            if (other.name != null)                //传入对象的姓名不为null
                return false;                    //返回false
        } else if (!name.equals(other.name))    //调用对象的姓名不等于传入对象的姓名
            return false;                        //返回false
        return true;                            //返回true
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name=\'" + name + \'\\\'\' +
                ", age=" + age +
                \'}\';
    }
}

Person

package com.zyh.Collection.set;

import com.zyh.domain.Person;

import java.util.TreeSet;

public class TreeSetDemo_0010 {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Person> ts = new TreeSet<>();
        ts.add(new Person("张三",23));
        ts.add(new Person("李四",13));
        ts.add(new Person("王五",43));
        ts.add(new Person("赵六",33));

        for (Person p:ts){
            System.out.println(p);
        }
    }

}

TreeSetDemo_0010

　　　　当我们直接执行的时候，会报错误。

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.zyh.domain.Person cannot be cast to java.lang.Comparable

 

 　　　　分析：Integer能排序(有默认顺序), String能排序(有默认顺序), 自定义的类存储的时候出现异常(没有顺序)

　　4.3.2、自然排序(Comparable)

　　　　我们让Person实现Comparable接口，重写compareTo方法

　　　　

　　　　当我们把返回值设置为1时：

　　　　

　　　　图解：

　　　　

　　　　当返回值是0时，张三作为二叉树的根，当我们其他的元素比较时，都返回0表示相同的对象。所以只会存储张三。

　　　　当返回值是-1时，张三作为二叉树的根，李四和它比较时，返回-1说明，李四小，挂在张三的左边。王五一进来也和张三比较返回-1，放在张三左边，在和李四比较返回-1，挂在李四左边，以此类推。

　　　　当返回值是1时。和上面一样的推理。

　　　　2.1）按照年龄排序

　　　　　　

　　　　　　分析：

　　　　　　　　  张三作为二叉树的根，当李四进来的时候，李四的年龄比张三小，挂在张三的左边。当王五进来的时候，王五的年纪比张三大，所以挂在张三的

　　　　　　　　　右边。当赵六的进来的时候，和张三比较年龄结果赵六大，挂在张三的右边，在和王五比较结果比王五小，挂在王五的左边。

　　　　　　结果排序就是：李四、张三、赵六、王五

　　　　　　　　

　　　　2.2）按年龄为主要条件，名字是次要条件　　

　　　　　

　　4.3.3、比较器顺序(Comparator)

　　　　　　首先我们查看TreeSet的构造方法发现有一个这样的构造方法：

　　　　　// 指定TreeSet的比较器
　　　　　　TreeSet(Comparator<? super E> comparator)　　　　

　　　　　　通过查看它的构造方法就知道可以传入一个比较器。

　　　　　　构造一个新的空TreeSet，它根据指定比较器进行排序。插入到该 set 的所有元素都必须能够由指定比较器进行相互比较：对于 set 中的任意两个元素 e1 和e2，执行 comparator.compare(e1, e2) 都不得抛出 ClassCastException。

　　　　　　如果用户试图将违反此约束的元素添加到 set 中，则 add 调用将抛出 ClassCastException。

　　　　

　　　　1）TreeSetd的Comparetor比较器实现的二种方法

　　　　　　第一种：写个类实现Comparator接口 

  class myComparator implements Comparator{

    @Override
    public int compare(Object o1, Object o2) {
        Person p1 = (Person) o1;
        Person p2 = (Person) o2;

        int num = p1.getName().compareTo(p2.getName());
      // 0的话是两个相同，进行下一个属性比较
        if (num == 0){
            return new Integer(p1.getAge()).compareTo(new Integer(p2.getAge()));
        }

        return num;
    }
}
然后在new Set的时候放进去。如 
TreeSet ts = new TreeSet(new myComparator());

myComparator

　　　　　　第二种：写内名内部类方法　

 TreeSet ts = new TreeSet(new Comparator() {
        @Override
        public int compare(Object o1, Object o2) {
            Person p1 = (Person) o1;
            Person p2 = (Person) o2;

            int num = p1.getName().compareTo(p2.getName());

            if (num == 0){
                return new Integer(p1.getAge()).compareTo(new Integer(p2.getAge()));
            }

            return num;

        }
    });

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