进阶JAVA篇-深入了解 Set 系列集合

目录

        1.0 Set 类的说明

        1.1 Set 类的特点

        1.2 Set 类的常用API

        2.0 HashSet 集合的说明

        2.1 从 HashSet 集合的底层原理来解释是如何实现该特性

        2.2 HashSet 集合的优缺点

        2.3 深入理解 HashSet 集合去重的机制

        2.4 如何快速编写已经重写好的 hashCode 和 equals 方法

        3.0 TreeSet 集合的说明


        1.0 Set 类的说明

        Set 是 Java 中的一个集合类,它实现了 Set 接口Set 是一个不允许包含重复元素的集合,它是通过哈希表实现的,不保证元素的顺序

        1.1 Set 类的特点

  1. 不允许包含重复元素:Set 类中的元素是唯一的,如果试图向 Set 中添加重复元素,则添加操作将被忽略。
  2. 无序性:Set 类中的元素没有固定的顺序,元素的顺序可能发生变化。
  3. 不可变性:Set 类中的元素是不可变的,即不能修改 Set 中的元素。如果需要修改元素,需要先将元素从 Set 中删除,然后再添加修改后的元素。
  4. 元素的唯一性:Set 类中的元素是通过 hashCode() equals() 方法来判断是否相等的。如果两个元素的 hashCode 值相等,并且 equals 方法返回 true,则认为这两个元素相等。

          1.2 Set 类的常用API

以代码的形式来介绍:

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class Text_Set {
    public static void main(String[] args) {

        //由于 Set 类是子接口,故不能直接创建该类的对象,
        //所以用 Set 类的实现类 HashSet 类来实现该接口的方法
        Set set = new HashSet<>();
        //1. add(element):向set中添加一个元素。
        set.add("张三");
        set.add("李四");
        set.add("王五");
        set.add("张麻子");
        System.out.println(set);
        //输出结果为:[李四, 张三, 王五, 张麻子]

        //2. remove(element):从set中删除一个元素。
        set.remove("张麻子");
        System.out.println(set);
        //输出的结果为:[李四, 张三, 王五]

        //3. contains(element):判断set中是否包含指定的元素。
        boolean b = set.contains("张麻子");
        System.out.println(b);
        //输出的结果为:false

        //4. size():获取set的大小,即set中元素的个数。
        int i = set.size();
        System.out.println(i);
        //输出的结果为: 3

        //5. isEmpty():判断set是否为空,即set中是否没有元素。
        boolean a = set.isEmpty();
        System.out.println(a);
        //输出结果为:false

        //6. clear():清空Set,即删除Set中的所有元素。
        set.clear();
        System.out.println(set);
        //输出的结果为:[]
    }
}

运行结果如下:

进阶JAVA篇-深入了解 Set 系列集合_第1张图片

        其实这些方法都是 Set 子接口继承了 Collection 父接口的方法,有关 Collection 接口的常用 API 介绍在以下链接:

进阶JAVA篇- Collection 类的常用的API与 Collection 集合的遍历方式-CSDN博客

        

        2.0 HashSet 集合的说明

        HashSet 是 Java 中的一个集合类,它实现了 Set 接口HashSet 基于哈希表实现,不保证元素的顺序,且不允许包含重复元素。简单来说,继承了 Set 的特性:无序、不可重复、无索引

        2.1 从 HashSet 集合的底层原理来解释是如何实现该特性

        HashSet 集合是基于哈希表来实现的,又可以简单的认为是基于数组、链表、红黑树来实现的。

        补充哈希值的知识点:就是 int 类型的数值,Java 中的每一对象都有一个哈希值,都可以通过调用 Object 类提供的 hashCode() 方法,返回该对象自己的哈希值。

        要注意的是:一个相同的对象多次调用 hashCode() 方法返回的哈希值是相同的。对于不同对象调用 hashCode() 方法返回大多数的哈希值是不一致的,但是也有可能会相同(哈希碰撞)。

JDK8之前 HashSet 集合的底层原理:

Set set = new HashSet<>();

        首先,在执行以上代码的时候,底层会创建一个默认为16的数组,默认加载因子为0.75,数组名为table .

        

set.add("张三");

        然后,在执行到以上代码的时候,使用该字符串对象的哈希值对长度求余计算出相应存入的位置。比如这个对象的哈希值为 3%16 == 3,应该会放到数组下标为3的数组内存中,因此在这里我们就可以解释了 HashSet() 类的无序性,并不是按添加元素的前后顺序而放到数组内存中的。

        在此之前并不着急存入,先要判断当前的位置是否为 null ,如果是 null 直接回存入,如果不是 null,表示有元素,则回调用 equals 方法来比较相等,则不存;不相等,则存入到数组中。因此在这里我们就可以解释了 HashSet() 类的不可重复性。

        如果数组快占满的时候,链表会过长,导致查询性能下降,这时候就会扩容,如果元素增加超过当前数组长度  * 默认加载因子,即 16 * 0.75 == 12 ,超过12是,就会自动扩容。

        从JDK8开始,如果链表长度超过8,且数组长度 >= 64时,会自动将链表转变为红黑树。

进阶JAVA篇-深入了解 Set 系列集合_第2张图片

        2.2 HashSet 集合的优缺点

        HashSet 集合基于这种哈希表的数据结构,查询、增加、删除、修改元素速度都很快,性能很高。

        2.3 深入理解 HashSet 集合去重的机制

        由于 HashSet 集合默认不能对内容相同的不同对象去重。

代码如下:

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class Text_Set {

    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student("张三",19);
        Student s2 = new Student("张三",19);

        Set studentSet = new HashSet<>();
        studentSet.add(s1);
        studentSet.add(s2);
        System.out.println(studentSet);
    }
}

运行结果如下:

进阶JAVA篇-深入了解 Set 系列集合_第3张图片

        内容相同的两个不同对象。

       HashSet 中的元素是通过 hashCodeequals 方法来判断是否相等的。如果两个元素的hashCode 值相等,并且 equals 方法返回 true,则认为这两个元素相等。

        具体的解决办法就是将两个内容相同的不同对象改为相同的哈希值。需要重写两个方法,hashCodeequals 方法 。

完整代码如下:

Student 类:

import java.util.Objects;

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

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Student student = (Student) o;
        return age == student.age && Objects.equals(name, student.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, 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;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class Text_Set {

    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student("张三",19);
        Student s2 = new Student("张三",19);

        Set studentSet = new HashSet<>();
        studentSet.add(s1);
        studentSet.add(s2);
        System.out.println(studentSet);
    }
}

运行结果如下:

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        2.4 如何快速编写已经重写好的 hashCode 和 equals 方法

进阶JAVA篇-深入了解 Set 系列集合_第5张图片

        在 IDEA 中已经帮我们写好了这些方法。在该类中点击右键,选择点击”生成“,最后选择重写这两个方法即可。

进阶JAVA篇-深入了解 Set 系列集合_第6张图片

        3.0 TreeSet 集合的说明

        TreeSet 是 Java 中的一个集合类,它实现了 Set 接口,是一个有序的集合。TreeSet 底层是通过红黑树来实现的,可以保证元素的有序性。其特性是有序(升序)、不可重复、无索引。

        对于自定的类型如 Student 类型,TreeSet 默认是不能排序的。

  1. Comparable接口: Comparable 接口是 Java 提供的一个用于比较对象的接口,它定义了一个 compareTo 方法,用于比较当前对象和另一个对象的大小关系。如果一个类实现了Comparable 接口,就表示该类的对象是可比较的,可以用于排序。
  2. Comparator 接口: Comparator 接口是 Java 提供的一个用于比较对象的接口,它定义了一个 compare 方法,用于比较两个对象的大小关系。与 Comparable 接口不同的是,Comparator 接口可以在排序时动态地指定比较规则,而不需要修改被比较的类。

具体解决代码如下:

方法一:

Student 类

public class Student implements Comparable{
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        return this.age - o.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;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;

public class Text_TreeSet {
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student("张三",19);
        Student s2 = new Student("李四",33);
        Student s3 = new Student("王五",21);

        Set studentSet = new TreeSet<>();
        studentSet.add(s1);
        studentSet.add(s2);
        studentSet.add(s3);
        System.out.println(studentSet);

    }
}

运行结果如下:

进阶JAVA篇-深入了解 Set 系列集合_第7张图片

 方法二:(为了区分前面的方法,按降序的方法来排序)

import java.util.Comparator;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;

public class Text_TreeSet {
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student("张三",19);
        Student s2 = new Student("李四",33);
        Student s3 = new Student("王五",21);

        Set studentSet = new TreeSet<>(new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
                return o2.getAge()-o1.getAge();
            }
        });
        studentSet.add(s1);
        studentSet.add(s2);
        studentSet.add(s3);
        System.out.println(studentSet);

    }
}



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