68从零开始学Java之Set集合都有哪些特性

作者：孙玉昌，昵称【一一哥】，另外【壹壹哥】也是我哦

千锋教育高级教研员、CSDN博客专家、万粉博主、阿里云专家博主、掘金优质作者

前言

在上一篇文章中，壹哥带大家学习了List集合的用法和特性，尤其是对ArrayList和LinkedList了解的更多一些。但Java中还有Set和Map集合等待我们学习，所以接下来就请各位继续跟壹哥来学习今天的内容吧。在本文中，壹哥会详细地给大家介绍Set集合的定义、特点、常用方法和基本原理等内容。

---------------------------------------------前戏已做完，精彩即开始-------------------------------------------

全文大约【4000】字，不说废话，只讲可以让你学到技术、明白原理的纯干货！本文带有丰富的案例及配图视频，让你更好地理解和运用文中的技术概念，并可以给你带来具有足够启迪的思考......

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一. Set集合简介

1. Set定义

Set是Java的一种集合，继承自Collection接口，主要有两个常用的实现类HashSet类和TreeSet类。它没有固定的大小限制，可以动态地添加和删除元素。并且Set集合中的元素都是唯一的，不会有重复的元素，即使是null值也只能有一个。另外Set集合是无序的，不能记住元素的添加顺序，因为没有索引值，所以Set集合中的对象不会按特定的方式排序，它只是简单地把对象放到集合中。

从特性上来看，Set相当于是一个只存储key、不存储value的Map。我们可以把Set想象成是一个”特殊的Map“，这个Map只有key却没有value，所以我们可以用Set去除重复的元素。另外由于放入Set的元素和Map的key类似，需要正确地实现equals()和hashCode()方法，否则该元素就无法正确地放入Set。

2. Set特性

与其他集合不同，Set集合具有自己的一些特性：

Set集合中的元素都是唯一的，不允许有重复值，且最多只允许包含一个null元素；
Set集合中的元素没有顺序，我们无法通过索引来访问元素，但TreeSet是有序的；
Set集合没有固定的大小限制，可以动态地添加和删除元素；
Set集合提供了高效的元素查找和判断方法。

3. Set常用方法

Set集合给我们提供了一系列常用的方法，用于添加、删除、查找、遍历和获取集合元素等操作，下面是Set集合中常用方法的实现过程。

3.1 添加元素

我们可以使用add()方法进行元素的添加。

public boolean add(E e)

该方法用于向Set集合添加元素，如果元素已经存在，则不会添加；如果添加成功，则返回true，否则返回false。该方法的示例代码如下：

Set<String> set = new HashSet<>(); 
set.add("hello word"); 
set.add("java"); 
set.add("iOS"); 
System.out.println(set);

3.2 删除元素

我们可以使用remove()方法进行元素的删除。

public boolean remove(Object o)

该方法用于从Set集合中删除指定的元素。如果元素存在且删除成功，则返回true，否则返回false。该方法的示例代码如下：

Set<String> set = new HashSet<>(); 
set.add("hello word"); 
set.add("java"); 
set.remove("java"); 
System.out.println(set); // 输出结果为：[壹壹哥]

3.3 判断元素

我们可以使用contains()方法进行元素的判断。

public boolean contains(Object o)

该方法用于判断Set集合中是否包含指定的元素。如果元素存在，则返回true，否则返回false。该方法的示例代码如下：

Set<String> set = new HashSet<>(); 
set.add("hello word"); 
set.add("java");
System.out.println(set.contains("java")); // 输出结果为：true 
System.out.println(set.contains("orange")); // 输出结果为：false

3.4 获取元素数量

我们可以使用size()方法判断集合的数量。

public int size()

该方法的使用示例代码如下：

Set<String> set = new HashSet<>(); 
set.add("hello word"); 
set.add("java"); 
System.out.println(set.size()); // 输出结果为：2

4. 配套视频

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二. HashSet集合

1. 简介

在Java的集合框架中，HashSet是一种非常常用的集合类型，它实现了Set接口，并继承了AbstractSet抽象类。HashSet集合的底层实现是一个哈希表，它使用哈希算法来存储和管理集合中的元素。HashSet集合中的元素没有顺序，且不允许重复。

如果我们想使用HashSet集合，一般要使用如下两个构造方法创建出HashSet对象：

HashSet()：构造一个新的空的Set集合对象；
HashSet(Collection<? extends E> c)：构造一个包含指定Collection集合元素的新Set集合。"< >"中的extends，表示这个Collection中的元素必须继承自HashSet的父类，该部分限定了Collection元素的类型。

2. HashSet特性

HashSet作为Set集合的具体子类，具有以下特点：

HashSet的底层是基于HashMap来实现的；
HashSet中的元素是唯一的，内部不允许有重复的元素；
无序，不会记录插入元素的顺序，所以不能保证元素的排列顺序，获取顺序可能与添加顺序不同；
HashSet集合没有固定的大小限制，可以动态地添加和删除元素；
HashSet集合中的元素最多可以有一个null值；
HashSet不是线程安全的，默认线程不同步，如果有多个线程同时访问或修改同一个HashSet，必须通过代码来保证同步操作。

3. 去重原理

从底层实现来看，HashSet的底层其实就是一个值为Object的HashMap，如下图所示：

所以HashSet其实就是按照Hash算法来实现元素的查找和存储的，具有很好的存取和查找性能。当我们向HashSet集合中存入一个元素时，HashSet会调用该对象的hashCode()方法来得到该对象的hashCode值，然后根据该hashCode值决定该对象在HashSet中的存储位置。此时如果有两个元素通过equals()方法进行比较，返回的结果为true，但它们的hashCode却不相等，HashSet也会把它们存储在不同的位置，我们依然可以添加成功。也就是说，如果两个对象的hashCode值相等，且通过equals()方法比较返回的结果也为true， HashSet集合才会认为两个元素相等。

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4. 使用案例

我们通过一个简单的案例，来看看HashSet的基本用法。

import java.util.HashSet;/*** @author 一一哥Sun*/
public class Demo11 {public static void main(String[] args) {//创建HashSet集合HashSet<String> set = new HashSet<String>();set.add("一一哥");set.add("壹壹哥");set.add("java");//重复元素无法被添加进去set.add("java");System.out.println(set);//集合遍历Iterator<String> it = set.iterator();while (it.hasNext()) {//输出Set集合中的每个元素System.out.println("值="+it.next()); }}
}

在上面的代码中，我们通过HashSet的构造方法创建了一个Set集合对象，并将几个元素对象存储到了这个Set集合中。然后我们使用HashSet类中的iterator()方法获取一个Iterator对象，并调用hasNext()方法遍历集合元素，再使用next()方法获取到下一个数据元素。但是HashSet输出的元素是无序的，输出时既不是添加元素的顺序，也不是String排序的顺序，在不同版本的JDK中，这个顺序可能也是不同的。另外因为Set是不可重复的，如果我们向Set集合中添加了两个相同的元素，则后添加的会覆盖前面添加的元素，所以Set集合中不会出现相同的元素。

5. 配套视频

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三. TreeSet集合

1. 简介

TreeSet是一种很常用的集合类型，它实现了Set和SortedSet接口，并且继承自AbstractSet抽象类。TreeSet集合中的元素也是唯一的，不允许重复。TreeSet集合的底层基于红黑树，可以使用自然排序或指定的比较器对集合中的元素进行排序。该类具有如下特点：

TreeSet集合中的元素是唯一的，不允许重复。
TreeSet集合中的元素是有序的，因为实现了SortedSet接口，具有字典顺序，可以通过迭代器按照升序或降序遍历。
TreeSet集合没有固定的大小限制，可以动态地添加和删除元素。
TreeSet集合提供了高效的元素查找和判断功能。

另外，SortedSet接口是Set接口的子接口，能够对集合进行自然排序，因此TreeSet类默认情况下就是自然排序(升序)的。但TreeSet只能对实现了Comparable接口的类对象进行排序，所以我们使用TreeSet集合存储对象时，该对象必须要实现Comparable接口。这是因为Comparable接口中有一个compareTo(Object o)方法，可以比较两个对象的大小。例如，a.compareTo(b)，如果 a 和 b 相等，则该方法会返回 0；如果 a 大于 b，则该方法返回大于 0 的正值；如果 a 小于 b，则该方法返回小于 0 的负值。

2. 常用方法

除了Set类中通用的方法之外，TreeSet类还有如下几个特有的方法：

方法名称	说明
E first()	返回该集合中的第一个元素，E表示返回元素的数据类型
E last()	返回该集合中的最后一个元素
E poolFirst()	获取并移除该集合中的第一个元素
E poolLast()	获取并移除该集合中的最后一个元素
SortedSet<E> subSet(E fromElement,E toElement)	返回一个新的集合，新集合会包含源集合fromElement与目标集合toElement之间的所有对象。结果会包含fromElement对象，但不包含toElement对象。
SortedSet<E> headSet<E toElement〉	返回一个新的集合，新集合包含原集合中toElement对象之前的所有对象，但不包含 toElement对象。
SortedSet<E> tailSet(E fromElement)	返回一个新的集合，新集合包含原集合中fromElement对象之后的所有对象，会包含fromElement对象。

因为TreeSet中的元素是有序的，所以增加了访问第一个、前一个、后一个、最后一个元素的相关方法，并提供了3个从 TreeSet中截取子TreeSet的方法。

3. 去重原理

当TreeSet集合在保存对象元素时，集合对象必须实现Comparable接口，并重写compareTo方法，该方法有如下两个作用：

排序: 返回值大于0表示升序，返回值小于0表示降序；
去重(返回值为0)：TreeSet认为返回0，表示两个对象是相同的对象。

所以我们利用TreeSet实现去重的原理就是：如果compareTo()方法的返回值为0，则认为是相同的对象；如果compareTo()方法的返回大于0，则是升序排序；如果小于0，则是降序排序。

4. 使用案例

接下来我们再通过一个案例来看看TreeSet的用法。

4.1 编写Person类

首先我们设计一个Person类，该类要实现Comparable接口。当TreeSet集合在保存对象元素时，集合中添加的元素对象必须实现Comparable接口，并重写compareTo方法。如果没有实现Comparable接口，那么创建TreeSet时必须传入一个Comparator对象。

/*** @author 一一哥Sun* 实现Comparable接口，并重新compareTo()方法*/
public class Person implements Comparable<Person>{private String username;private String password;public Person() {}public Person(String username, String password) {super();this.username = username;this.password = password;}@Overridepublic String toString() {return "User [username=" + username + ", password=" + password + "]";}//重写compareTo()方法,对Person对象进行比较@Overridepublic int compareTo(Person o) {if(!this.username.equals(o.username)) {//根据姓名及长度进行比较return this.username.length() - o.username.length();}else {//根据密码进行比较if(this.password.equals(o.password)) {return 0;}else {//比较姓名的长度return this.username.length() - o.username.length();}}}
}

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4.2 测试TreeSet排序功能

然后我们往TreeSet集合中添加若干个对象元素进行排序测试，代码如下：

import java.util.TreeSet;/*** @author 一一哥Sun*/
public class Demo12 {public static void main(String[] args) {//TreeSet的去重原理TreeSet<Person> set = new TreeSet<Person>();set.add(new Person("admin","123"));set.add(new Person("yyg","bb"));set.add(new Person("jack","123"));set.add(new Person("rose123","123"));set.add(new Person("admin","123")); set.add(new Person("xksss6","abc"));//如果两个对象的用户名和密码都相等，则认为是两个相同的对象，且按照名字长度升序存放for (Person person : set) {System.out.println(person);}}
}

我们在遍历TreeSet时，输出的元素是有序的，这个顺序是元素的排序顺序。但是我们在使用TreeSet进行自然排序时，只能向 TreeSet 集合中添加相同数据类型的对象，否则会抛出 ClassCastException异常。如果向 TreeSet集合中添加了一个 Double类型的对象，则后面只能添加 Double对象，不能再添加其他类型的对象，例如 String对象等。