[数据结构与算法]Java集合（5）--Set接口及其实现类HashSet、LinkedHashSet和TreeSet

Set接口概述

1、Set接口是Collection的子接口，set接口没有定义额外的方法，使用的都是Collection接口中的方法。
2、Set 集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个Set 集合中，则添加操作失败。

3、Set：存储无序的、不可重复的数据
（以HashSet为例说明）
①无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加，而是根据数据的哈希值。
②不可重复性：保证添加的元素按照equals()判断时，不能返回true。即：相同的元素只能添加一个。

HashSet实现类

1、HashSet 具有以下特点：
①不能保证元素的排列顺序
②HashSet 不是线程安全的
③集合元素可以是 null

2、HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。因此对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode()方法，以实现对象相等规则，即：“相等的对象必须具有相等的散列码”。

3、向HashSet中添加元素的过程：
我们向HashSet中添加元素a，首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素a的哈希值，此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置(索引位置)。接着判断数组此位置上是否已经有元素：

如果此位置上没有其他元素，则元素a添加成功。—>情况1
如果此位置上有其他元素b(或以链表形式存在多个元素)，则比较元素a与元素b的hash值：

如果hash值不相同，则元素a添加成功。—> 情况2
如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()方法：

如果equals()返回true，元素a添加失败
如果equals()返回false，则元素a添加成功。—>情况3

对于添加成功的情况2和情况3而言：元素a与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储。（七上八下）
jdk 7 : 新来元素a放到数组中，指向已存在的旧元素。
jdk 8 : 已存在的旧元素在数组中，指向新来元素a

底层为“数组+链表”，数组初始容量为16，当如果使用率超过0.75（16*0.75=12）就会扩大容量为原来的2倍。（16扩容为32，依次为64,128…等）

重写equals()方法的时候一般都需要同时复写hashCode()方法。通常参与计算hash值的对象的属性也应该参与到equals()中进行计算

LinkedHashSet实现类

1、LinkedHashSet 是 HashSet 的子类，也是根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，但它同时使用双向链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。

2、LinkedHashSet插入性能略低于 HashSet，但在迭代访问（遍历） Set 里的元素时有很好的性能。

3、LinkedHashSet 不允许集合元素重复。

TreeSet实现类

1、TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。元素应为相同类的对象。

2、TreeSet底层使用红黑树结构存储数据。

3、TreeSet 两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet 采用自然排序。

4、自然排序
①TreeSet 会调用集合元素的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按条件排列。如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时，则该对象的类必须实现 Comparable 接口。实现 Comparable 的类必须重写compareTo(Object obj) 方法，两个对象通过compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。
②向 TreeSet 中添加元素时，只有第一个元素无须比较compareTo()方法，后面添
加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。
③因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向 TreeSet 中添加的应该是同
一个类的对象。
④对于 TreeSet 集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是两个对象通过 compareTo(Object obj) 方法比较的返回值。

import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;

/**
 * @Author: Yeman
 * @Date: 2021-09-16-16:48
 * @Description:
 */

class Student implements Comparable{
    String name;
    int age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    //姓名从小到大，年龄从大到小排列
    public int compareTo(Object o) {
        if (o instanceof Student){
            Student student = (Student) o;
            int nameResult = this.name.compareTo(student.name);
            if (nameResult == 0){
                return -Integer.compare(this.age,student.age);
            }else {
                return nameResult;
            }
        }else throw new RuntimeException("类型不匹配");
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

public class TreeSetTest {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet treeSet = new TreeSet();
        treeSet.add(new Student("Tom",18));
        treeSet.add(new Student("Tom",22));
        treeSet.add(new Student("jim",18));
        treeSet.add(new Student("Anne",19));
        treeSet.add(new Student("Lily",25));
        treeSet.add(new Student("LiLei",25));

        Iterator iterator = treeSet.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

5、定制排序
①定制排序，通过Comparator接口来实现，需要重写compare(T o1,T o2)方法。
②要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。
③仍然只能向TreeSet中添加类型相同的对象。否则发生ClassCastException异常。
④使用定制排序判断两个元素相等的标准是：通过Comparator比较两个元素返回了0。

import java.util.Comparator;
import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;

/**
 * @Author: Yeman
 * @Date: 2021-09-16-16:48
 * @Description:
 */

class Student{
    String name;
    int age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

public class TreeSetTest {
    public static void main(String[] args) {
        Comparator com = new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                if (o1 instanceof Student && o2 instanceof Student) {
                    Student student1 = (Student) o1;
                    Student student2 = (Student) o2;
                    return Integer.compare(student1.age, student2.age);
                } else throw new RuntimeException("类型不匹配");
            }
        };
        TreeSet treeSet = new TreeSet(com);
        treeSet.add(new Student("Tom",18));
        treeSet.add(new Student("Tom",22));
        treeSet.add(new Student("jim",18));
        treeSet.add(new Student("Anne",19));
        treeSet.add(new Student("Lily",25));
        treeSet.add(new Student("LiLei",25));

        Iterator iterator = treeSet.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}