來源：流浪舟 https://www.maliaoblog.cn/2020/1003
公眾號： 菜雞幹Java

• HashSet類
  • 重寫hashCode方法步驟
• LinkedHashSet
• TreeSet(SortedSet的實現類)
  • 1.自然排序
  • 2.定製排序
• EnumSet類
• 各Set實現類的效能分析

HashSet類

HashSet使用hash演算法來儲存集合中的元素，具有很好的查詢和存取效能，它的特點如下：

1. 不能保證元素的順序，可能變化
2. HashSet不是同步的，如果多個執行緒同時訪問並修改一個HashSet，則必須保證其同步。
3. 集合的元素可以是null

當向HashSet集合中存入一個元素時，HashSet會呼叫物件的hashCode()方法來得到該物件的hashCode值，然後根據該hashCode值決定該物件在HashSet中的位置。但是如果兩個元素通過equals()方法返回true，而它們的hahCode()方法返回值不相等，HashSet將會把他們儲存在不同的位置，依然可以新增成功。也就是說，HashSet集合判斷元素相等的標準是通過equals方法比較相等，並且兩個物件的hashCode

Class A{
    public boolean equals(Object obj){
        return true;
    }
}
Class B{
    public int hashCode(){
        return 1;
    }
}
Class C{
    public int hashCode(){
        return 2;
    }
    public boolean equals(Object obj){
        return true;
    }
}
public Class HashSet{
    public static void main(String[] args){
        HashSet books = new HashSet();
        books.add(new A());
        books.add(new A());
        books.add(new B());
        books.add(new B());
        books.add(new C());
        books.add(new C());
    }
}//新增兩A,B,C物件
 

[B@1 ,B@1 ,C@2 ,A@54d ,A@8773f2]

從上面看出，即使A物件equals方法返回true，依然被當作兩個物件；即使兩個B物件hashCode方法返回值一樣，但HashSet集合儲存了兩個hash值一樣的物件。如果equals返回true，但是會放在不同的地方，不太好。如果hash值一樣，但equals返回的false也麻煩了，集合會嘗試儲存把物件儲存在同一個位置，並採用鏈式結構來儲存多個物件，這樣會導致利用雜湊值查詢的時候，效能下降。

所以總結一句：如果需要把物件儲存到HashSet集合中去，重寫類的equals和hashCode方法，保證equals返回true時，hashCode返回值一樣。

HashSet中每個能儲存元素的位置通常稱為桶(bucket)，如果有多個元素的雜湊值相同，但它們通過equals方法返回false，就需要在一個桶內放多個元素，然而這樣會導致效能下降。

重寫hashCode方法步驟

1. 把物件內的每個參與equals方法比較的例項變數計算處一個int型別的雜湊值

2.用第一步計算出的多個雜湊值組合計算出一個雜湊值返回，例如：

return f1.hashCode() + (int)f2;//f1,f2為例項變數

為避免直接相加產生的偶然，可以為各例項變數的雜湊值乘以任意質數後再相加。但還有一點需要了解的是，這樣並不能完全保證之後就不會產生兩個相同的物件，向HashSet中新增可變物件後，後面修改了可變物件的例項變數，可能導致它和集合中其他元素相同，甚至不能正確訪問(儲存在不同位置，hash值不一樣)。

LinkedHashSet

HashSet還有一個子類LinkedHashSet，同樣也是根據元素的hashCode值來決定元素的儲存位置，不同的是它使用連結串列維護元素的次序，這樣可以以插入順序儲存元素。LinkedHashSet需要連結串列維護次序，所以效能略低於HashSet，但優勢在於遍歷集合內元素上。另外注意一點，它還是Set，所以依然不允許元素重複！

LinkedHashSet names = new LinkedHashSet();
names.add("James");
names.add("Jodan");
System.out.println(names);
//James,Jodan

TreeSet(SortedSet的實現類)

既然是實現類，那SortedSet就是TreeSet的介面了，顧名思義，TreeSet可以讓元素處於一定次序狀態。與HashSet相比，TreeSet額外提供瞭如下方法：

• Comparator comparator()：如果TreeSet採用定製排序，則返回定製排序所使用的Comparator，如果採用自然排序，則返回null
• Object first()：返回第一個元素
• Object last()：返回最後一個元素
• Object lower(Object e)：返回處於指定元素(任意元素，不需要在集合中)之前的元素
• Object higner(Object e)：返回處於指定元素之後(更大的元素)的元素
• SortedSet subSet(Object e1,Object e2)：返回從e1到e2的子集合(不包含e1,e2)
• SortedSet headSet(Object max)：返回子集合，元素都小於max
• SortedSet tailSet(Object min)：返回子集合，元素大於等於min

綜上，大概就是提供了訪問第一個、最後一個、前一個、後一個元素的方法，並提供了三個擷取子集合的方法。與此同時，TreeSet採用紅黑樹的資料結構來儲存資料，預設情況下使用自然排序。它的排序規則有以下兩種：

1.自然排序

TreeSet呼叫集合元素的compareTo(Object obj)方法來比較元素之間的大小關係，然後將集合元素按升序排列，這種就是自然排序。Java提供了Comparable介面，該介面內定義了一個compareTo(Object o)方法，方法返回一個整數。實現介面就必須實現該方法。當一個物件之間進行比較時，例如：obj1.compareTo(obj2)，如果返回0，則表明這兩個物件相等；如果返回一個正整數，則obj1大於obj2；如果返回一個負整數，則obj1小於obj2。

下面提供了實現Comparable介面的類，並提供了比較大小的標準。

• BigDecimal、BigInteger以及所有數值型別對應的包裝類：按數值大小比較
• Character：按字元的Unicode進行比較
• Boolean：true對應的包裝類例項大於false對應的包裝類例項
• String：按字串中字元的Unicode值比較
• Date、Time：後面的時間、日期比前面的日期大

所以TreeSet會自動地給集合中地大小進行排序，但前提是物件實現了Comparable介面，否則將不可行。還有一點需要說明，大部分類在實現compareTo(Object o)方法時，都需要將被比較物件強制型別轉換成相同型別，否則無法比較。然而當新增一個物件到集合中去時，集合會呼叫物件compareTo()方法與集合中的其他元素進行比較，比較要是同一類的物件。

如果向TreeSet新增物件是自定義物件，則可以向TreeSet中新增多種型別物件，但這並不表明這是最好的選擇，也不推薦這樣幹，當取出物件時，元素之間會報ClassCastException異常。

當把一個物件加入集合中時，集合呼叫物件的compareTo方法與容器的其他物件比較，然後根據紅黑樹結構找到它的儲存位置。如果兩個物件通過compareTo(Object obj)方法比較相等，新物件將無法新增到集合中。總之，如果要不報錯，TreeSet中只能新增同一種類型的物件。

對於TreeSet集合而言，判斷兩個物件相等的唯一標準是：兩個物件通過compareTo(Object obj)方法比較相等，返回0，則相等。所以它的新增元素的規則和HashSet一樣，假如通過equals方法比較相等，則它們記為同一物件，因此通過compareTo()方法返回0，只能存放一個物件，集合不會讓第二個元素進去。同樣，如果添加了可變物件，並且還修改了物件的例項變數，將導致集合中物件的順序變化，然而TreeSet不會調整順序(甚至會導致刪除物件失敗，TreeSet效能降低)。

2.定製排序

實現定製排序則可以通過Comparator介面，該介面內包含一個int compare(T o1,T o2)方法，用於比較o1、o2的大小，如果返回正整數，則o1>o2；若返回0，則o1=o2；若返回負整數，則o1<o2。但依然不可以新增不同型別的物件。

在實現定製排序之前，需要提供一個Comparator物件與TreeSet集合關聯，由該物件對集合元素進行排序。

class M{
    int age;
    public M(int age){
        this.age = age;
    }
    public String toString(){
        return "M(age:" + age +" )";
    }
}
public class Test{
    public static void main(String[] args){//Lambda表示式
        TreeSet t = new TreeSet((o1,o2)->{//o1,02這裡沒有具體型別
            M m1 = (M)o1;
            M m2 = (M)o2;
            return m1.age>m2.age ? -1:m1.age<m2.age ? 1:0;
        });
        t.add(new M(5));
        t.add(new M(-3));
        t.add(new M(9));
        System.out.println(t);
    }//Lambda表示式實現了Comparator型別的物件
}//輸出[M(age:9),M(age:5),M(age:-3)]降序排列

EnumSet類

專門為列舉類設計的集合類，EnumSet中所有元素必須是指定列舉型別的列舉值。值得一提的是EnumSet集合也是有序的，但它以列舉值在類中的定義順序來決定集合元素的順序。EnumSet在內部以位向量的形式儲存元素，因此佔用記憶體非常小，執行效率很好，特別是在批量操作時。

EnumSet不允許加入null元素，如果試圖插入將會丟擲NullPointerException異常。而如果只是判斷集合中是否有null元素或刪除它，將不會丟擲異常，刪除的話會返回false，因為沒有null元素。

EnumSet集合沒有給出任何構造器來建立物件，但還是提供了一些方法去建立的物件的。如下：

• EnumSet allOf(Class elementType)：建立一個包含指定列舉類所有列舉值的集合
• EnumSet complementOf(EnumSet s)：建立一個其元素型別與指定EnumSet裡元素型別相同的EnumSet集合，新集合包含原集合不包含的、此列舉類剩下的列舉值
• EnumSet copyOf(Collection c)：使用一個普通集合來建立EnumSet類
• EnumSet copyOf(EnumSet e)：建立一個與指定EnumSet具有相同型別、相同元素的EnumSet集合
• EnumSet noneOf(Class elementType)：建立一個元素型別為指定列舉型別的空EnumSet
• EnumSet range(E from ,E to)：建立一個包含從from列舉值到to列舉值範圍內列舉值的EnumSet集合
• EnumSet of(E first...E rest )：建立一個包含一個或多個列舉值的EnumSet集合(傳入的列舉值必須屬於同一個列舉類)

enum Colors{WHITE,YELLOW,RED,GREEN}
public class Test{
    public static void main(String[] args){
        EnumSet e1 = EnumSet.allOf(Colors.class);
        EnumSet e2 = EnumSet.noneOf(Colors.class);//這裡為[]
        e2.add(Colors.WHITE);//這裡為[WHITE]
        EnumSet e3 = EnumSet.of(Colors.RED,Colors.GREEN);
        System.out.println(e3);//輸出[RED,GREEN]
        EnumSet e4 = EnumSet.range(Colors.YELLOW,Colors.GREEN);
        System.out.println(e4);
        //[YELLOW,RED,GREEN]
        EnumSet e5 = EnumSet.complementOf(e4);
        //這裡為[WHITE]
    }
}

此外還可以複製另一個EnumSet集合中的元素來建立新集合，或者複製一個Collection集合元素來建立新的EnumSet集合。當複製Collection集合元素建立時，要求元素都來自同一個列舉類，否則丟擲ClassCastException異常。

Collection c = new HashSet();
c.clear();
c.add(Colors.RED);
c.add(Colors.YELLOW);
EnumSet e = EnumSet.copyOf(c);
System.out.println(e);
//[RED,YELLOW]

各Set實現類的效能分析

HashSet總是比TreeSet的效能好，主要體現在新增、查詢元素上，因為TreeSet採用了紅黑樹來維護集合的次序。而HashSet的子類LinkedHashSet對插入、查詢操作比父類要稍慢些，這是由於採用了連結串列維護的緣故，造成了額外開銷。但這並不影響LinkedHashSet發揮威力，然而這恰恰是它的優勢，在遍歷等批量操作上，LinkedHashSet更快。

EnumSet是所有Set類中效能最好的，缺點是隻能儲存一個列舉類的列舉值。總的說，Set的這三個實現類都是執行緒不安全的，即當有多個執行緒訪問時，如果修改了Set集合，將不能同步，必須手動保證同步。方法是在建立Set集合時，通過Collections工具類的sychronizedXxx()方法來包裝該集合(之後會提到)。