4.3 HashSet vs. TreeSet vs. LinkedHashSet

一个集合不包括重复的元素。这是使用集合的主要原因之一。有三种常见的集合实现：HashSet、TreeSet和LinkedHashSet。何时何地使用它们是个重要的问题。
简单来说：
如果你需要一个快速的集合，你应该选择HashSet；
如果你需要一个排序的集合，你应该选择TreeSet；
如果你需要一个可以存储插入顺序的集合，应该使用LinkedHashSet。

1.集合接口

集合接口继承了Collection接口，在集合中，不能有重复的元素。所有集合中的元素必须是唯一的。你可以简单的添加元素到集合中，重复的会被自动的清除。

集合关系图

2. HashSet vs. TreeSet vs.LinkedHashSet

HashSet 通过hash table来实现。元素是无序的。 添加、删除和包含的方法都有固定的时间复杂度O(1).

TreeSet 通过树（算法书中的红黑树）结构实现。集合中的元素是排序的，但是添加、删除和包含方法时间复杂度为O（log（n））。它提供了几种方法来处理有序集，如：first()，last()，headSet()，lastSet()等。

LinkedHashSet 在HashSet和TreeSet之间。它被实现为一个哈希表，其中有一个链表通过它运行，因此它提供了插入的顺序。基本方法的时间复杂度为O(1).

3. TreeSet例子

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() + " ");
}

输出是排序的如下：
Tree set data: 12 34 45 63
现在我们定一个名字叫Dog的类如下：

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

让我们来添加一些dogs到TreeSet如下：

import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;
 
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() + " ");
        }
    }
}

编译没问题，但是运行时候却发生了错误。

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是被排序的，Dog对象需要实现java.lang.Comparable's的compareTo() 方法如下：

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;
    }
}

输出如下：

1 2 3

4. HashSet 例子

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 

5. LinkedHashSet 例子

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() + " ");
}

输出的顺序和插入的顺序是一样的。

2 1 3 5 4 

6.性能测试

以上方法测试三个类add()方法上性能。

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);
 
}

通过下面的输出，我们可以清晰看到HashSet是最快的。

HashSet: 2244768
TreeSet: 3549314
LinkedHashSet: 2263320

• 测试并不精确，但是可以反映出TreeSet由于被排序而慢的多的基本思想。

Set 性能测试