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Java单列集合Set:HashSet与LinkedHashSet详解

上篇我们介绍了单列集合中常用的list接口,本篇我们来聊聊单列集合中的另外一个重要接口Set集合。

1 Set 介绍

java.util.Set接口和java.util.List接口一样,同样实现了Collection接口,它与Collection接口中的方法基本一致,并没有对Collection接口进行功能上的扩充,只是比Collection接口更加严格了。

与List接口不同的是,Set接口中元素无序,并且都会以某种规则保证存入的元素不出现重复,这里的某种规则,我们在后面中给大家揭秘,大家不要着急。

  • 无序
  • 不可重复

它没有索引,所以不能使用普通for 循环进行遍历。

Set 集合 遍历元素的方式 迭代器,增强for

来,我们通过案例练习来看看


   //创建集合对象
   
                HashSet<String> hs = new HashSet<String>();
    
                //使用Collection的方法添加元素
                hs.add("hello");
                hs.add("world");
                hs.add("java");
                //无法添加,在执行这行代码时,会报错误
                hs.add("world");
                //遍历
                for(String s : hs) {
                    System.out.println(s);
                }
  • Set接口类型,定义变量,Collection的常用方法 add()没有报错,说明Set 完全实现了Collection中的方法;
  • 在添加代码 hs.add("world");无法加入,验证了 Set的不可重复;
  • 多次运行遍历发现,输入的顺序是改变的,说明Set是无序的。

Set集合有多个实现子类,这里我们介绍其中的java.util.HashSet、java.util.LinkedHashSet这两个集合。

2 HashSet 集合介绍

通过java文档,我们知道java.util.HashSet是Set接口的一个实现类

  • 它所存储的元素是不可重复的

  • 元素都是无序的(即存取顺序不一致)

  • 没有索引,没有带索引的方法,也不能使用普通for循环遍历

java.util.HashSet 是由哈希表(实际上是一个 HashMap 实例)支持,换句话说它的底层的实现数据结构是 哈希表结构,而哈希表结构的特点是查询速度非常快。

我们先来使用一下HashSet集合,体验一下,再进行讲解:

    public class Demo1Set {
    
        public static void main(String[] args) {
    
                //创建集合对象
                HashSet<String> hs = new HashSet<String>();
    
                //添加元素
                hs.add("hello");
                hs.add("world");
                hs.add("java");
    
                hs.add("world");
    
                //使用增强for遍历
                for(String s : hs) {
                    System.out.println(s);
                }
    
        }
    }
    
    输出结果如下
    world
    java
    hello
        
    ***发现world 单词只存储了一个,集合中没有重复元素***

3 HashSet集合存储数据的结构

3.1 哈希表数据结构

我们在前面的文章中,已经介绍过基本的数据结构,大家可以回顾以下。

哈希表是什么呢?简单的理解,在Java中,哈希表有两个版本,在jdk1.8 之前,哈希表 = 数组+链表 ,而在 jdk1.8 之后,哈希表 = 数组+链表+红黑树(一种特殊的二叉树) 我们在这里对哈希表的讲述,为了便于我们学习,只需要记住它在计算机中的结构图即可。再一个,现在我们大多使用的jdk版本是1.8之后的,所以我们讲解的哈希表结构是 第二个版本。 废话不多说,来看看图吧:

我们在之前已经介绍过数组和链表的结构图,所以我们在这里就来简单介绍一下红黑树结构。

我们在生活中树的结构,树根-树枝-叶子。计算机世界的树,刚好与我们现实中的树成镜像相反,树根在上,树枝在下。那每个树枝上只有不超过两个叶子的就叫做 二叉树,而红黑树就是我们一颗特殊的二叉树,结构就是这样:

说完红黑二叉树呢,我们来看看我们的哈希表结构图:

  • 有数组

  • 有链表

  • 有红黑树

3.2 哈希值

我们刚刚通过哈希表的介绍,知道 元素在结构中的存放位置,是根据hash值来决定的,而 链表的长度达到某些条件就可能触发把链表演化为一个红黑树结构。那么hash值是什么呢?说白了就是个数字,只不过是通过一定算法计算出来的。
接下来我们介绍一下:

  • 哈希值:是JDK 根据对象地址或者字符串或者数字算出来的 int 类型的数值

  • 如何获取哈希值?

在java基础中,我们学习过 Object类是所有类的基类,每个类都默认继承Object类。通过API 文档查找,有个方法 public int hashCode():返回对象的哈希码值。

我们看下这个方法的使用

首先定义一个person类

具有两个属性,设置getset方法,设置构造函数

   public class Demo2HashCode {
   
       public static void main(String[] args) {
   
           String str1 = "hello";
           String str2 = new String("hello");
   
           System.out.println("str1 hashcode =" + str1.hashCode());
           System.out.println("str2 hashcode =" + str2.hashCode());
   
           //通过上下两段代码的对比,我们可以知道  String 类重写了HashCode()方法。
   
           Student student = new Student("玛丽", 20);
           Student student2 = new Student("沈腾", 30);
           System.out.println("student hashcode =" + student.hashCode());
           System.out.println("student2 hashcode =" + student2.hashCode());
   
       }
   }

好,我们了解了hash值概念和获取方式,那我们就来看看元素事怎么加入到 hashset中的

3.3 添加元素过程

那么向 HashSet集合中,添加一个元素时,到底执行了哪些流程呢? 首先我们在实例化HashSet 对象,同过api文档,在调用空参构造器后,创建了一个长度为16的数组。 其次在调用add方法之后,它的执行流程如下:

根据对象的哈希值计算存储位置

  • 如果当前位置没有元素则直接存入
  • 如果当前位置有元素存在,则进入第二步

当前元素的元素和已经存在的元素比较哈希值如果哈希值不同,则将当前元素进行存储如果哈希值相同,则进入第三步

通过equals()方法比较两个元素的内容如果内容不相同,则将当前元素进行存储如果内容相同,则不存储当前元素流程图来表示:image

了解了元素添加的原理后,在添加元素的过程中,如果说某一条链表达到一定数量,就会触发条件,去演化为一条红黑树,防止我们学起来太吃力,在这里不做深入探究。 总而言之,JDK1.8引入红黑树大程度优化了HashMap的性能,那么对于我们来讲保证HashSet集合元素的唯一,其实就是根据对象的hashCode和equals方法来决定的。如果我们往集合中存放自定义的对象,那么保证其唯一,就必须复写hashCode和equals方法建立属于当前对象的比较方式。

4 HashSet 存储自定义类型元素

    //优化后的student
    public class Student {
        private String name;
        private int age;
    
        public Student(String name, int age) {
            this.name = name;
            this.age = 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 +
                    '}';
        }
    
        @Override
        public boolean equals(Object o) {
            if (this == o) return true;
            if (!(o instanceof Student)) return false;
    
            Student student = (Student) o;
    
            if (age != student.age) return false;
            return name.equals(student.name);
        }
    
        @Override
        public int hashCode() {
            int result = name.hashCode();
            result = 31 * result + age;
            return result;
        }
    }
    
    
    public class Demo3HashSet {
    
        public static void main(String[] args) {
    
            HashSet<Student> students = new HashSet<>();
    
            Student student = new Student("玛丽", 20);
            Student student2 = new Student("沈腾", 30);
            Student student3 = new Student("沈腾", 30);
    
            students.add(student);
            students.add(student2);
            students.add(student3);
    
            for (Student studentObj : students) {
                System.out.println("Hashset 元素=" + studentObj);
            }
        }
    }
    
    执行结果
    Hashset 元素=Student{name='玛丽', age=20}
    Hashset 元素=Student{name='沈腾', age=30}

5 LinkedHashSet

我们知道HashSet 保证元素的唯一,可以元素存放进去是没有顺序的,那么我们有没有办法保证有序呢? 打开API文档,我们查看 HashSet下面有一个子类 java.util.LinkedHashSet,这个名字听起来和我们之前学过的LinedList有点像呢。

通过文档,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。 简单的理解为:在进行集合添加元素的同时,不仅经过程序的执行形成一个哈希表结构,还维护了一个记录插入前后顺序的双向链表。 我们通过案例来感受一下:

    public class Demo4LinkedHashSet {
    
        public static void main(String[] args) {
    
    //        Set<String> demo = new HashSet<>();
    
            Set<String> demo = new LinkedHashSet<>();
            demo.add("hello");
            demo.add("world");
            demo.add("ni");
            demo.add("hao");
            demo.add("hello");
    
            for (String content : demo) {
                System.out.println("---" + content);
            }
        }
    }
    
    执行结果:
    第一次:
    ---world
    ---hao
    ---hello
    ---ni
        
    第二次:
    ---hello
    ---world
    ---ni
    ---hao

小结

到这里我们已经讲完了单列集合的两种基本接口,分别是List 和 Set,然后通过一些简单的案例,我们也初步了解了它们的使用,其实大家可能还是有些懵逼的;但是在这里,还是要多练习,多看看别人的代码,看看别的优秀的代码,是在怎样的场景下使用的,是怎么互相转换使用的;

希望在大家阅读这个系列文章的时候,一方面使一些刚学习的新人,有所帮助;一方面为一些已经工作了一段时间的朋友,温故而知新;更重要的一点,让大家知道,技术的出现,是为了解决问题而创造出来的,他本来就是为了解决生活的难题,只不过使用了一些好的,快捷的方式而已。

可能文章中有些地方讲的不恰当,大家可以私信,探讨探讨,互相提高。本篇就到这里,happy ending!

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