HashSet TreeSet LinkedHashSet

Set是不包含重复的元素的集合， 这是使用Set的主要原因之一。 有3个常用的Set：HashSet，TreeSet和LinkedHashSet。 何时怎么使用是一个重要问题。简而言之，如果你需要一个快速的Set，你应该使用HashSet; 如果你需要一个有序集合，那么应该使用TreeSet; 如果您需要一个可以存储插入顺序的集合，则应该使用LinkedHashSet。

1. Set接口

Set接口继承了Collection接口。在一个Set中重复元素是不被允许的，Set中的每一个元素必须是唯一的。你可以很容易的添加元素到Set中，并且重复的元素会自动被移除。

java-collection-hierarchy.jpeg

2. HashSet TreeSet LinkedHashSet

HashSet是使用哈希表实现的。 元素没有排序。 add，remove和contains 方法具有恒定的时间复杂度O(1)。

TreeSet使用树结构实现（红黑树）。 集合中的元素是排序的，但添加，删除和包含方法的时间复杂度为O(log(n))。 它提供了几种处理有序集的方法，如first()，last()，headSet()，tailSet()等。

LinkedHashSet位于HashSet和TreeSet之间。 它被实现为一个哈希表，其中包含一个链表，它提供了插入的顺序。 基本方法的时间复杂度是O(1)。

3. TreeSet实例

TreeSet tree = new TreeSet();
tree.add(12);
tree.add(63);
tree.add(34);
tree.add(45);
 
Iterator iterator = tree.iterator();
System.out.print("Tree set data: ");
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.print(iterator.next() + " ");
}

输出如下：

Tree set data: 12 34 45 63 

现在定义一个Dog类如下：

class Dog {
    int size;
 
    public Dog(int s) {
        size = s;
    }
 
    public String toString() {
        return size + "";
    }
}

添加一些Dog实例到TreeSet中：

public class TestTreeSet {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet dset = new TreeSet();
        dset.add(new Dog(2));
        dset.add(new Dog(1));
        dset.add(new Dog(3));
 
        Iterator iterator = dset.iterator();
 
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.print(iterator.next() + " ");
        }
    }
}

编译可以通过，但是运行时报错：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: collection.Dog cannot be cast to java.lang.Comparable
    at java.util.TreeMap.put(Unknown Source)
    at java.util.TreeSet.add(Unknown Source)
    at collection.TestTreeSet.main(TestTreeSet.java:22)

因为TreeSet是有序的，Dog对象需要实现 java.lang.Comparable's compareTo() 方法：

class Dog implements Comparable{
    int size;
 
    public Dog(int s) {
        size = s;
    }
 
    public String toString() {
        return size + "";
    }
 
    @Override
    public int compareTo(Dog o) {
            return size - o.size;
    }
}

输出为：

1 2 3

4. HashSet实例

HashSet dset = new HashSet();
dset.add(new Dog(2));
dset.add(new Dog(1));
dset.add(new Dog(3));
dset.add(new Dog(5));
dset.add(new Dog(4));
Iterator iterator = dset.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.print(iterator.next() + " ");
}

输出：

5 3 2 1 4

注意顺序是不确定的。

5. LinkedHashSet 实例

LinkedHashSet dset = new LinkedHashSet();
dset.add(new Dog(2));
dset.add(new Dog(1));
dset.add(new Dog(3));
dset.add(new Dog(5));
dset.add(new Dog(4));
Iterator iterator = dset.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.print(iterator.next() + " ");
}

顺序是确定的即插入时的顺序：

2 1 3 5 4

6. 性能测试

以下是测试三个类的add()方法的性能。

public static void main(String[] args) {
 
    Random r = new Random();
 
    HashSet hashSet = new HashSet();
    TreeSet treeSet = new TreeSet();
    LinkedHashSet linkedSet = new LinkedHashSet();
 
    // start time
    long startTime = System.nanoTime();
 
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
        hashSet.add(new Dog(x));
    }
    // end time
    long endTime = System.nanoTime();
    long duration = endTime - startTime;
    System.out.println("HashSet: " + duration);
 
    // start time
    startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
        treeSet.add(new Dog(x));
    }
    // end time
    endTime = System.nanoTime();
    duration = endTime - startTime;
    System.out.println("TreeSet: " + duration);
 
    // start time
    startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
        linkedSet.add(new Dog(x));
    }
    // end time
    endTime = System.nanoTime();
    duration = endTime - startTime;
    System.out.println("LinkedHashSet: " + duration);
 
}

从下面的输出中，我们可以清楚地知道HashSet是最快的。

HashSet: 2244768
TreeSet: 3549314
LinkedHashSet: 2263320