Java Set 經常使用集合 HashSet、LinkedHashSet、TreeSet

Java 中的 Set 是很是經常使用的數據類型。Set 是無序的 Collection，Java Set 有三個經常使用的實現類，分別是：HashSet、LinkedHashSet、TreeSet

本文基於 JDK8 分析

HashSet

HashSet 繼承自 AbstractSet，實現了 Set 接口。底層基於 HashMap 實現，是一個不容許有重複元素的無序集合。容許 null 元素，非線程安全。HashSet 還實現了 Cloneable、Serializable 接口，因此 HashSet 是支持複製、序列化的

因此說，HashMap 是替 HashSet 打工的。就像老闆手下的員工，不辭辛苦，作牛作馬，像極了被剝削的咱們（小聲嗶嗶）

// 用於存儲元素的 HashMap
private transient HashMap<E,Object> map;
// 湊數的值元素，
private static final Object PRESENT = new Object();

HashSet 有五個構造函數，解釋下第二個構造函數：默認加載因子爲 0.75 的狀況下，假設 c 的元素個數就是 map 此時的最大閾值，最大閾值爲 (int) (c.size()/.75f)，再加一，經過 HashMap 的擴容機制（取大於當前容量的最小二次冪），就能夠取得最適合的容量大小

// 構造一個默認容量爲 16 的 HashMap
public HashSet()  {
    map = new HashMap<>();
}
// 將 Collection 中的元素賦給 HashMap
public HashSet(Collection<? extends E> c) {
    map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
    addAll(c);
}
// 指定 HashMap 的初始容量和加載因子
public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
    map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}
// 指定 HashMap 的初始容量
public HashSet(int initialCapacity) {
    map = new HashMap<>(initialCapacity);
}
// 供 LinkedHashSet 使用
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
    map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}

HashSet 經常使用方法

第一個是 add 方法。HashSet 使用 HashMap 保證元素不重複，熟悉 HashMap 的都知道，HashMap 的 Key 是不容許重複的，因此能夠把要添加的元素做爲 HashMap 的 Key 保存，但 Value 仍是要有的，因此 HashSet 又定義了一個靜態常量對象 PRESENT 來湊數，實際上並無什麼意義

private static final Object PRESENT = new Object();

public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT) == null;
}

到這裏就一目瞭然了，HashSet 中添加元素的方法其實就是調用 HashMap 的 put 方法，若是 put 方法的返回值爲 null，證實以 e 爲鍵的元素不存在，則能夠添加；不然會把原有的值刪除並覆蓋，並返回原來的值。因此當 add 方法中的條件判斷成立，則證實添加成功，反之則失敗。若是不瞭解 HashMap 的機制，能夠看一下下面這張圖


至於其餘的 remove、contains 就更不用說了，全是 HashMap 的知識，再也不贅述

LinkedHashSet

LinkedHashSet 是 HashSet 的子類，實現了 Set 接口，Set 有的特色它都有。既然 HashSet 靠 HashMap 幹活，那是否 LinkedHashSet 也有本身的小弟呢？（沒錯，說的就是你 LinkedHashMap）

還記得以前提到在 HashSet 有一個專供 LinkedHashSet 使用的構造方法嗎？這個構造方法只能由 LinkedHashSet 調用，參數 dummy 並無實際意義，只是爲了和 HashSet 中其餘參數區分開罷了（重載原理）

LinkedHashMap 基於雙向鏈表實現，相比於 HashMap 最大的不一樣就是有序。LinkedHashSet 中除了四個構造器之外再無其餘方法，所有繼承自 HashSet。若是想了解更多，就去看看 LinkedHashMap 吧

// HashSet 中專供 LinkedHashSet 使用的構造方法
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
    map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}

// LinkedHashSet 的構造方法
public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
    super(initialCapacity, loadFactor, true);
}

public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
    super(initialCapacity, .75f, true);
}

public LinkedHashSet() {
    super(16, .75f, true);
}

public LinkedHashSet(Collection<? extends E> c) {
    super(Math.max(2*c.size(), 11), .75f, true);
    addAll(c);
}

TreeSet

在此以前先了解一下 SortedSet，SortSet 擴展了 Set 並提供其元素的總排序，要求全部元素都必須實現 Comparable 接口，並且全部元素都必須是可比較的，即兩個對象能夠互相做爲 compareTo 方法的參數。從這裏能夠看出，SortedSet 所謂的有序並非咱們一般認爲的前後插入順序，而是根據對象的比較函數對元素排序。SortSet 接口的方法以下：

// 返回用於對此集合中的元素進行排序的比較器，若是此集合使用其元素的天然順序，則返回 null
Comparator<? super E> comparator();
// 返回此集合的部分元素，元素範圍從 fromElement（包括）到 toElement（不包括）
SortedSet<E> subSet(E fromElement, E toElement);
// 返回此集合的部元素，其中元素所有小於 toElement
SortedSet<E> headSet(E toElement);
// 返回此集合的部分元素，其中元素所有大於或等於 fromElement
SortedSet<E> tailSet(E fromElement);
// 返回此集合中當前的第一個（最低）元素
E first();
// 返回此集合中當前的最後一個（最高）元素
E last();

NavigableSet 實現了 Sorted 接口，其自己也是一個接口，對 SortedHash 進行了擴展，支持導航方法，例如查找與指定目標最匹配項等。TreeSet 繼承自 AbstractSet，實現了 NavigableSet 接口。TreeSet 基於 TreeMap 實現，其構造方法以下：

private transient NavigableMap<E,Object> m;

// 構造一個指定的 NavigableMap 的集合
TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
    this.m = m;
}
// 默認方法，根據元素的天然排序進行排序
public TreeSet() {
    this(new TreeMap<E,Object>());
}
// 指定比較器進行排序
public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
    this(new TreeMap<>(comparator));
}
// 構造一個包含指定集合中元素的集合，根據元素的天然排序進行排序
public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
    this();
    addAll(c);
}
// 構造一個包含相同元素的集合，並使用與指定排序集相同的排序
public TreeSet(SortedSet<E> s) {
    this(s.comparator());
    addAll(s);
}

TreeSet 也是基於 TreeMap 工做的，TreeMap 也是一個可排序的 Map，排序原理也是依靠比較器，更多的細節請了解 TreeMap