Java Set基础篇

前言

一、常用Set

1.1 Set

Set是一个继承自Collection的接口：

java">public interface Set<E> extends Collection<E> {

Set接口包含Collection接口的所有方法。

api	作用描述
add()	将指定的元素添加到集合中
addAll()	将指定集合的所有元素添加到集合中
iterator()	返回一个迭代器，该迭代器可用于顺序访问集合中的元素
remove()	从集合中移除指定的元素
removeAll()	从存在于另一个指定集合中的集合中删除所有元素
keepAll()	保留集合中所有还存在于另一个指定集合中的所有元素
clear()	从集合中删除所有元素
size()	返回集合的长度（元素数）
toArray()	返回包含集合中所有元素的数组
contains()	如果集合包含指定的元素，则返回true
containsAll()	如果集合包含指定集合的所有元素，则返回true
hashCode()	返回哈希码值（集合中元素的地址）

Set集合的实现类主要为HashSet、TreeSet、LinkedHashSet等。

1.1.1 特点

Set集合的特点是：

不允许重复元素。
不保证元素的顺序，取决于具体实现类。
基于哈希表或红黑树等数据结构实现。

1.2 HashSet

HashSet是基于哈希表实现的Set集合，不允许重复元素。它通过哈希算法将元素存储在内部的哈希表中，提供了快速的查找和插入操作。

java">public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable

1.2.1 特点

HashSet的特点

不允许重复元素。
不保证元素的顺序，取决于哈希算法和具体实现。
具有常数时间复杂度（O(1)）的查找、插入和删除操作。
适用于需要快速查找元素且不关心顺序的场景。
内部使用HashMap实现，元素存储在键的位置，值为一个静态的Object对象。

1.2.2 使用

java">    public static void main(String[] args) {
        //使用HashSet类创建集合
        Set<Integer> set1 = new HashSet<>();

        //将元素添加到set1
        set1.add(2);
        set1.add(3);
        System.out.println("Set1: " + set1);

        //使用HashSet类创建另一个集合
        Set<Integer> set2 = new HashSet<>();

        //添加元素
        set2.add(1);
        set2.add(2);
        System.out.println("Set2: " + set2);

        //两个集合的并集
        set2.addAll(set1);
        System.out.println("并集是: " + set2);
    }

输出：
在这里插入图片描述

1.3 TreeSet

TreeSet是基于红黑树实现的Set集合，可以按照元素的自然顺序或自定义顺序进行排序。它提供了有序的遍历能力，支持高效的插入、删除和查找操作。

java">public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
    implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable

1.3.1 特点

TreeSet的特点:

元素按照自然顺序或自定义顺序排序。
提供有序的遍历能力。
查找、插入和删除操作的时间复杂度为O(log n)。
适用于需要有序访问元素的场景。

1.3.2 使用

java">    public static void main(String[] args) {
        //使用TreeSet类创建集合
        Set<Integer> numbers = new TreeSet<>();

        // 将元素添加到set集合
        numbers.add(2);
        numbers.add(3);
        numbers.add(1);
        System.out.println("TreeSet: " + numbers);

        //使用iterator()访问元素
        System.out.print("使用iterator()访问元素: ");
        Iterator<Integer> iterate = numbers.iterator();
        while(iterate.hasNext()) {
            System.out.print(iterate.next());
            System.out.print(", ");
        }
    }

输出：可以看到TreeSet对元素进行了排序
在这里插入图片描述

1.4 LinkedHashSet

LinkedHashSet是HashSet的子类，它在HashSet的基础上通过双向链表维护了元素的插入顺序，因此可以保持元素的插入顺序。在需要保持元素插入顺序的场景，同时又需要HashSet的快速查找特性的情况下，使用LinkedHashSet是一个不错的选择。

java">public class LinkedHashSet<E>
    extends HashSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable {

1.4.1 特点

LinkedHashSet的特点：

保持插入顺序或访问顺序。
继承了HashSet的查找效率。
具有HashSet的不允许重复元素的特性。
适用于需要保持元素插入顺序的场景。

1.4.2 使用

java">//具有8个容量和0.75负载因子的LinkedHashSet
LinkedHashSet<Integer> numbers = new LinkedHashSet<>(8, 0.75);

capacity - 该哈希集的容量为8。意味着，它可以存储8个元素。
此哈希集的负载因子为0.75。这意味着，只要我们的哈希表填充了75％，元素就会移动到新哈希表中，该哈希表的大小是原始哈希表的两倍。

并集demo

java">    public static void test1() {
        LinkedHashSet<Integer> evenNumbers = new LinkedHashSet<>();
        evenNumbers.add(2);
        evenNumbers.add(4);
        System.out.println("LinkedHashSet1: " + evenNumbers);

        LinkedHashSet<Integer> numbers = new LinkedHashSet<>();
        numbers.add(1);
        numbers.add(3);
        System.out.println("LinkedHashSet2: " + numbers);

        //两个集合的并集
        numbers.addAll(evenNumbers);
        System.out.println("并集: " + numbers);
    }

输出：
在这里插入图片描述
交集demo

java"> public static void test2() {
        LinkedHashSet<Integer> primeNumbers = new LinkedHashSet<>();
        primeNumbers.add(2);
        primeNumbers.add(3);
        System.out.println("LinkedHashSet1: " + primeNumbers);

        LinkedHashSet<Integer> evenNumbers = new LinkedHashSet<>();
        evenNumbers.add(2);
        evenNumbers.add(4);
        System.out.println("LinkedHashSet2: " + evenNumbers);

        //集合的交集
        evenNumbers.retainAll(primeNumbers);
        System.out.println("集合的交集: " + evenNumbers);
    }

输出
在这里插入图片描述

LinkedHashSet常用API：

api	作用描述
boolean add(E e)	向集合中添加指定元素。
void addAll(Collection<? extends E> c)	将指定集合中的所有元素添加到集合中。
boolean remove(Object o)	从集合中删除指定元素。
void clear()	清空集合中的所有元素。
boolean contains(Object o)	判断集合中是否包含指定元素。
boolean isEmpty()	判断集合是否为空。
int size()	返回集合中元素的个数。
Iterator iterator()	返回一个迭代器，用于遍历集合中的元素。
forEach(Consumer<? super E> action)	对集合中的每个元素执行指定操作。
void clear()	清空集合中的所有元素。
Object clone()	复制集合。
boolean retainAll(Collection<?> c)	仅保留集合中包含在指定集合中的元素。

LinkedHashSet与HashSet的区别

LinkedHashSet在内部维护一个链表。因此，它保持其元素的插入顺序。
LinkedHashSet类比HashSet需要更多的存储空间。这是因为LinkedHashSet在内部维护链表。
LinkedHashSet的性能比HashSet慢。这是因为LinkedHashSet中存在链表。

LinkedHashSet 与TreeSet的区别

TreeSet类实现了SortedSet接口。这就是为什么树集中的元素是有序的。但是，LinkedHashSet类只维护其元素的插入顺序。
TreeSet通常比LinkedHashSet慢。这是因为每当将元素添加到TreeSet时，它都必须执行排序操作。
LinkedHashSet允许插入空值。但是不能向TreeSet插入空值。

二、对比总结

Set	特点	适用场景
HashSet	基于哈希表实现，不保证元素的顺序。	适用于需要快速查找元素且不关心顺序的场景。
TreeSet	基于红黑树实现，元素按照自然顺序或自定义顺序排序。	适用于需要有序访问元素的场景，提供了有序的遍历能力。
LinkedHashSet	基于哈希表和双向链表实现，保持插入顺序或访问顺序。	适用于需要保持插入顺序或访问顺序的场景，提供了可以预测的迭代顺序。

参考链接：
Java LinkedHashSet
Java Set 接口