Java 集合-Set接口和三个子类实现

时间:2021-10-17 19:28:14
  • Set

一个不包含重复元素的 collection。无序且唯一。

    1. HashSet
    2. LinkedHashSet
    3. TreeSet

HashSet是使用哈希表(hash table)实现的,其中的元素是无序的。HashSet的addremovecontains方法 的时间复杂度为常量O(1)。

TreeSet使用树形结构(算法书中的红黑树red-black tree)实现的。TreeSet中的元素是可排序的,但addremovecontains方法的时间复杂度为O(log(n))。TreeSet还提供了first()、last()、headSet()、tailSet()等方法来操作排序后的集合。

LinkedHashSet介于HashSet和TreeSet之间。它基于一个由链表实现的哈希表,保留了元素插入顺序。LinkedHashSet中基本方法的时间复杂度为O(1)。

~ HashSet

此类实现 Set 接口,由哈希表(实际上是一个 HashMap 实例)支持。它不保证 set 的迭代顺序;特别是它不保证该顺序恒久不变。此类允许使用 null 元素。

注意,此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个哈希 set,而其中至少一个线程修改了该 set,那么它必须 保持外部同步。

HashSet底层数据结构是哈希表(HashMap),哈希表依赖于哈希值存储,添加功能底层依赖两个方法:int hashCode(),boolean equals(Object obj)。

*构造方法

Java 集合-Set接口和三个子类实现

*常用方法

Java 集合-Set接口和三个子类实现

HashSet唯一性的解释,源码剖析添加功能底层依赖两个方法:int hashCode(),boolean equals(Object obj)

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//HashSet类
class  HashSet  implements  Set{
   private  static  final  Object PRESENT =  new  Object();
   private  transient  HashMap<E,Object> map;
 
   // 构造方法,返回了一个HashMap
   public  HashSet() {
         map =  new  HashMap<>();
     }
 
   //add方法
   public  boolean  add(E e) {
         return  map.put(e, PRESENT)== null ;
     }
 
}
 
 
//HashMap类
class  HashMap  implements  Map{
 
   public  V put(K key, V value) {
         return  putVal(hash(key), key, value,  false true );
     }
 
   final  V putVal( int  hash, K key, V value,  boolean  onlyIfAbsent,
                    boolean  evict) {
         Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p;  int  n, i;
         if  ((tab = table) ==  null  || (n = tab.length) ==  0 )
             n = (tab = resize()).length;
         if  ((p = tab[i = (n -  1 ) & hash]) ==  null )
             tab[i] = newNode(hash, key, value,  null );
         else  {
             Node<K,V> e; K k;
             if  (p.hash == hash &&
                 ((k = p.key) == key || (key !=  null  && key.equals(k))))
                 e = p;
             else  if  (p  instanceof  TreeNode)
                 e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal( this , tab, hash, key, value);
             else  {
                 for  ( int  binCount =  0 ; ; ++binCount) {
                     if  ((e = p.next) ==  null ) {
                         p.next = newNode(hash, key, value,  null );
                         if  (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD -  1 // -1 for 1st
                             treeifyBin(tab, hash);
                         break ;
                     }
                     if  (e.hash == hash &&
                         ((k = e.key) == key || (key !=  null  && key.equals(k))))
                         break ;
                     p = e;
                 }
             }
             if  (e !=  null ) {  // existing mapping for key
                 V oldValue = e.value;
                 if  (!onlyIfAbsent || oldValue ==  null )
                     e.value = value;
                 afterNodeAccess(e);
                 return  oldValue;
             }
         }
         ++modCount;
         if  (++size > threshold)
             resize();
         afterNodeInsertion(evict);
         return  null ;
     }
}

一个实例问题,在这种添加自定义对象的时候,两个类的属性值相等,但是依然会被判定为不同的元素,因为没有重写hashCode(),所以默认调用的是Object类的hashCode(),而不同类的hashCode一般是不同的。

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HashSet<Student> hashSet =  new  HashSet<>();
 
Student s1 =  new  Student( "刘亦菲" 22 );
Student s2 =  new  Student( "章子怡" 25 );
Student s3 =  new  Student( "刘亦菲" 22 );
 
hashSet.add(s1);
hashSet.add(s2);
hashSet.add(s3);
 
System.out.println(hashSet);

解决方法就是自己重写hashCode() 和 equals()方法,使用idea的alt+insert可以自动生成。

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public  class  Student {
     private  String name;
     private  Integer age;
 
     Student(String name, int  age)
     {
         this .name=name;
         this .age=age;
     }
 
     @Override
     public  int  hashCode() {
         // return 0;<br>     return this.name.hashCode()+this.age*11;
     }
 
     @Override
     public  boolean  equals(Object obj) {
         if ( this  == obj)
             return  true ;
 
         if (!(obj  instanceof  Student))
             return  false ;
 
         Student s = (Student) obj;
         return  this .name.equals(s.name) &&  this .age.equals(s.age);
     }
}

这里用到了instanceof操作符,这个操作符和== ,>=是同种性质的,只是是用英文描述的,是二元操作符,用来判断左边的是否为这个特定类或者是它的子类的一个实例。

 

~ LinkedHashSet

具有可预知迭代顺序的 Set 接口的哈希表和链接列表实现。此实现与 HashSet 的不同之外在于,后者维护着一个运行于所有条目的双重链接列表。此链接列表定义了迭代顺序,即按照将元素插入到 set 中的顺序(插入顺序)进行迭代。注意,插入顺序 受在 set 中重新插入的 元素的影响。

哈希表保证元素的唯一性,链表保证元素有序,也就是存入顺序和取出顺序相同。

 

~ TreeSet

基于 TreeMap 的 NavigableSet 实现。使用元素的自然顺序对元素进行排序,或者根据创建 set 时提供的 Comparator 进行排序,具体取决于使用的构造方法。

注意,此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个 TreeSet,而其中至少一个线程修改了该 set,那么它必须 外部同步。

有两种排序方式:A-自然排序,也是默认排序(实现Comparable),B-比较器排序。取决于构造方法。

*构造方法

Java 集合-Set接口和三个子类实现

*常用方法

Java 集合-Set接口和三个子类实现

Java 集合-Set接口和三个子类实现

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// 会自动排序
TreeSet<Integer> treeSet =  new  TreeSet<>();
 
treeSet.add( 12 );
treeSet.add( 13 );
treeSet.add( 2 );
treeSet.add( 4 );
 
for ( int  i:treeSet) System.out.println(i);

TreeSet的唯一性解释,源码剖析:唯一性根据比较的返回值是否为0,如果为零,则相等;排序的方式有两种,自然排序和比较器排序。

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//TreeSet类
class  TreeSet  implements  Set{
   private  static  final  Object PRESENT =  new  Object();
   private  transient  NavigableMap<E,Object> m;
 
   TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
         this .m = m;
     }
 
   public  TreeSet() {
         this ( new  TreeMap<>());
     }
 
   public  boolean  add(E e) {
         return  m.put(e, PRESENT)== null ;
     }
}
 
//TreeMap类
class  TreeMap  implements  Map{
<br> //红黑树实现
   public  V put(K key, V value) {
         Entry<K,V> t = root;<br>      //建立根节点
         if  (t ==  null ) {
             compare(key, key);  // type (and possibly null) check
 
             root =  new  Entry<>(key, value,  null );
             size =  1 ;
             modCount++;
             return  null ;
         }
         int  cmp;
         Entry<K,V> parent;
         // split comparator and comparable paths
         Comparator<?  super  K> cpr = comparator;
         if  (cpr !=  null ) {
             do  {
                 parent = t;
                 cmp = cpr.compare(key, t.key);
                 if  (cmp <  0 )
                     t = t.left;
                 else  if  (cmp >  0 )
                     t = t.right;
                 else
                     return  t.setValue(value);
             while  (t !=  null );
         }
         else  {
             if  (key ==  null )
                 throw  new  NullPointerException();
             @SuppressWarnings ( "unchecked" )
                 Comparable<?  super  K> k = (Comparable<?  super  K>) key;
             do  {
                 parent = t;
                 cmp = k.compareTo(t.key);
                 if  (cmp <  0 )
                     t = t.left;
                 else  if  (cmp >  0 )
                     t = t.right;
                 else
                     return  t.setValue(value);
             while  (t !=  null );
         }
         Entry<K,V> e =  new  Entry<>(key, value, parent);
         if  (cmp <  0 )
             parent.left = e;
         else
             parent.right = e;
         fixAfterInsertion(e);
         size++;
         modCount++;
         return  null ;
     }
}

对象中的实例,自然排序:具体类实现Comparable接口,重写Comparable方法。构造方法为默认构造

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public  class  Student  implements  Comparable<Student>{
     private  String name;
     private  Integer age;
 
     Student(String name, int  age)
     {
         this .name=name;
         this .age=age;
     }
 
//    @Override
//    public int hashCode() {
//        return 0;
//    }
//
//    @Override
//    public boolean equals(Object obj) {
//        if(this == obj)
//            return true;
//
//        if(!(obj instanceof Student))
//            return false;
//
//        Student s = (Student) obj;
//        return this.name.equals(s.name) && this.age.equals(s.age);
//    }
 
     @Override
     public  boolean  equals(Object o) {
         if  ( this  == o)  return  true ;
         if  (o ==  null  || getClass() != o.getClass())  return  false ;
 
         Student student = (Student) o;
 
         if  (name !=  null  ? !name.equals(student.name) : student.name !=  null return  false ;
         return  age !=  null  ? age.equals(student.age) : student.age ==  null ;
     }
 
     @Override
     public  int  hashCode() {
         int  result = name !=  null  ? name.hashCode() :  0 ;
         result =  31  * result + (age !=  null  ? age.hashCode() :  0 );
         return  result;
     }
 
     @Override
     // 从小到大
     public  int  compareTo(Student o) {
         int  num =  this .age-o.age;
         return  num== 0 ? this .name.compareTo(o.name):num;
     }
}

对象中的实例,比较器排序:自定义比较器,实现Comparator接口。构造方法为带比较器的构造

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class  MyComparator  implements  Comparator<Student>{
 
     @Override
     public  int  compare(Student o1, Student o2) {
         int  num = o1.age-o2.age;
         return  num== 0 ?o1.name.compareTo(o2.name):num;
     }
}

当然也可以使用匿名内部类来实现。

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TreeSet<Student> treeset =  new  Treeset<>( new  Comparator<Student>(){
   public  int  compare(Student o1, Student o2) {  int  num = o1.age-o2.age;  return  num== 0 ?o1.name.compareTo(o2.name):num; }
})