Java集合框架总结（2）——Set接口的使用

1、Set接口的使用

Set集合里多个对象之间没有明显的顺序。具体详细方法请参考API文档（可见身边随时带上API文档有多重要），基本与Collection方法相同。只是行为不同（Set不允许包含重复元素）。

Set集合不允许重复元素，是因为Set判断两个对象相同不是使用==运算符，而是根据equals方法。即两个对象用equals方法比较返回true，Set就不能接受两个对象。

public class TestSet
{
public static void main(String[] args) 
	{
		Set<String> books = new HashSet<String>();

//添加一个字符串对象
		books.add(new String("Struts2权威指南"));

//再次添加一个字符串对象，
//因为两个字符串对象通过equals方法比较相等，所以添加失败，返回false
boolean result = books.add(new String("Struts2权威指南"));

		System.out.println(result);

//下面输出看到集合只有一个元素
		System.out.println(books);	
	}
}

程序运行结果：

false
[Struts2权威指南]

说明：程序中，book集合两次添加的字符串对象明显不是一个对象（程序通过new关键字来创建字符串对象），当使用==运算符判断返回false，使用equals方法比较返回true，所以不能添加到Set集合中，最后只能输出一个元素。

Set接口中的知识，同时也适用于HashSet、TreeSet和EnumSet三个实现类。

2、HashSet类

HashSet按Hash算法来存储集合的元素，因此具有很好的存取和查找性能。

HashSet的特点：

（1）HashSet不是同步的，多个线程访问是需要通过代码保证同步

（2）集合元素值可以使null。

HashSet集合判断两个元素相等的标准是两个对象通过equals方法比较相等，并且两个对象的hashCode（）方法返回值也相等。

//类A的equals方法总是返回true,但没有重写其hashCode()方法
class A
{
public boolean equals(Object obj)
    {
return true;
    }
}
//类B的hashCode()方法总是返回1,但没有重写其equals()方法
class B
{
public int hashCode()
    {
return 1;
    }
}
//类C的hashCode()方法总是返回2,并重写其equals()方法
class C
{
public int hashCode()
    {
return 2;
    }
public boolean equals(Object obj)
    {
return true;
    }
}
public class TestHashSet
{
public static void main(String[] args) 
    {
        HashSet<Object> books = new HashSet<Object>();
//分别向books集合中添加2个A对象，2个B对象，2个C对象
        books.add(new A());
        books.add(new A());
        books.add(new B());
        books.add(new B());
        books.add(new C());
        books.add(new C());
        System.out.println(books);
    }
}

程序运行结果：
[B@1, B@1 , C@2 , A@b5dac4 , A@9945ce]

说明：

（1）Object类提供的toString方法总是返回该对象实现类的类名+@+hashCode(16进制数）值，所以可以看到上面程序输出的结果。可以通过重写toString方法来输出自己希望的形式。

（2）即使2个A对象通过equals比较返回true，但HashSet依然把它们当成2个对象；即使2个B对象的hashCode（）返回相同值，但HashSet依然把它们当成2个对象。即如果把一个对象放入HashSet中时，如果重写该对象equals（）方法，也应该重写其hashCode（）方法。其规则是：如果2个对象通过equals方法比较返回true时，这两个对象的hashCode也应该相同。

hash算法的功能：

它能保证通过一个对象快速查找到另一个对象。hash算法的价值在于速度，它可以保证查询得到快速执行。

当需要查询集合中某个元素时，hash算法可以直接根据该元素的值得到该元素保存位置，从而可以让程序快速找到该元素。

当从HashSet中访问元素时，HashSet先计算该元素的hashCode值（也就是调用该对象的hashCode（））方法的返回值），然后直接到该hashCode对应的位置去取出该元素。

即也是快速的原因。HashSet中每个能存储元素的“曹位（slot）”通常称为“桶（bucket）”，如果多个元素的hashCode相同，但它们通过equals（）方法比较返回false，就需要一个“桶”里放多个元素，从而导致性能下降。

继续深入研究HashSet：

当向HashSet中添加一个可变对象后，并且后面程序修改了该可变对象的属性，可能导致它与集合中其他元素相同，这就可能导致HashSet中包含两个相同的对象。

看下面程序：

class R
{
int count;
public R(int count)
	{
this.count = count;
	}
public String toString()
	{
return "R(count属性:" + count + ")";
	}
public boolean equals(Object obj)
	{
if (obj instanceof R)
		{
			R r = (R)obj;
if (r.count == this.count)
			{
return true;
			}
		}
return false;
	}
public int hashCode()
	{
return this.count;
	}
}
public class TestHashSet2
{
public static void main(String[] args) 
	{
		HashSet<R> hs = new HashSet<R>();
		hs.add(new R(5));
		hs.add(new R(-3));
		hs.add(new R(9));
		hs.add(new R(-2));
//打印HashSet集合，集合元素是有序排列的
		System.out.println(hs);
//取出第一个元素
		Iterator<R> it = hs.iterator();
		R first = (R)it.next();     //first指向集合的第一个元素
//为第一个元素的count属性赋值
		first.count = -3;           //first指向的元素值发生改变，地址并没有改变，大家可以试着用Java内存分配机制（栈和堆)思考下。
//再次输出count将看到HashSet里的元素处于无序状态
		System.out.println(hs);
		hs.remove(new R(-3));
		System.out.println(hs);
//输出false
		System.out.println("hs是否包含count为-3的R对象？" + hs.contains(new R(-3)));
//输出false
		System.out.println("hs是否包含count为5的R对象？" + hs.contains(new R(5)));

	}
}

程序运行结果：

[R(count属性:5), R(count属性:9), R(count属性:-3), R(count属性:-2)]
[R(count属性:-3), R(count属性:9), R(count属性:-3), R(count属性:-2)]
[R(count属性:-3), R(count属性:9), R(count属性:-2)]
hs是否包含count为-3的R对象？false
hs是否包含count为5的R对象？false

说明：程序重写了R类的equals（）和hashCode（）方法，这两个方法都是根据R对象的count属性来判断。从运行结果可以看出，HashSet集合中有完全相同元素，这表明两个元素已经重复，但因为HashSet在添加它们时已经把它们添加到了不同地方，所以HashSet完全可以容纳两个相同元素。至于第一个count为-3的R对象，它保存在count为5的R对象对应的位置（地址）。当向HashSet中添加可变对象时，必须十分小心。如果修改HashSet集合中的对象，有可能导致该对象与集合中其他对象相等，从而导致HashSet无法准确访问该对象。

HashSet还有一个子类LinkedHashSet，LinkedHashSet集合也根据元素hashCode值来决定元素存储位置，但它同时使用链表维护元素的次序，即当遍历LinkedHashSet集合元素时，HashSet将会按元素的添加顺序来访问集合里的元素。

3、TreeSet类

TreeSet是SortedSet接口的唯一实现，TreeSet可以确保集合元素处于排序状态（元素是有序的）。

TreeSet提供的几个额外方法：

Comparator comparator()：返回当前Set使用的Comparator，或者返回null，表示以自然方式排序。

Object first()：返回集合中的第一个元素。

Object last()：返回集合中的最后一个元素。

Objiect lower(Object e)：返回集合中位于指定元素之前的元素（即小于指定元素的最大元素，参考元素可以不是TreeSet的元素）。

Object higher(Object e)：返回集合中位于指定元素之后的元素（即大于指定元素的最小元素，参考元素可以不需要TreeSet的元素）。

SortedSet subSet(fromElement， toElement)：返回此Set的子集，范围从fromElement(包含大于等于）到toElement(不包含小于）。

SortedSet headSet(toElement)：返回此Set的子集，由小于toElement的元素组成。

SortedSet tailSet(fromElement)：返回此Set的子集，由大于或等于fromElement的元素组成。
public class TestTreeSetCommon
{
public static void main(String[] args) 
	{
		TreeSet<Integer> nums = new TreeSet<Integer>();
//向TreeSet中添加四个Integer对象
		nums.add(5);
		nums.add(2);
		nums.add(10);
		nums.add(-9);
//输出集合元素，看到集合元素已经处于排序状态
		System.out.println(nums);
//输出集合里的第一个元素
		System.out.println(nums.first());
//输出集合里的最后一个元素
		System.out.println(nums.last());
//返回小于4的子集，不包含4
		System.out.println(nums.headSet(4));
//返回大于5的子集，如果Set中包含5，子集中还包含5
		System.out.println(nums.tailSet(5));
//返回大于等于-3，小于4的子集。
		System.out.println(nums.subSet(-3 , 4));
	}
}
程序运行结果：

[-9, 2, 5, 10]
-9
10
[-9, 2]
[5, 10]
[2]

说明：由运行结果可以看出，TreeSet并不是根据元素的插入顺序进行排序，而是根据元素实际值来进行排序。TreeSet采用红黑树的数据结构对元素进行排序，具体排序内容会在后续文章中说明。

文章中代码和部分内容来源于《疯狂Java讲义》，如需转载，请注明出处。谢谢。

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