Java Set 常用集合 HashSet、LinkedHashSet、TreeSet

Java 中的 Set 是非常常用的数据类型。Set 是无序的 Collection，Java Set 有三个常用的实现类，分别是：HashSet、LinkedHashSet、TreeSet

本文基于 JDK8 分析

HashSet

HashSet 继承自 AbstractSet，实现了 Set 接口。底层基于 HashMap 实现，是一个不允许有重复元素的无序集合。允许 null 元素，非线程安全。HashSet 还实现了 Cloneable、Serializable 接口，所以 HashSet 是支持复制、序列化的

所以说，HashMap 是替 HashSet 打工的。就像老板手下的员工，任劳任怨，做牛做马，像极了被剥削的我们（小声哔哔）

// 用于存储元素的 HashMap
private transient HashMap<E,Object> map;
// 凑数的值元素，
private static final Object PRESENT = new Object();

HashSet 有五个构造函数，解释下第二个构造函数：默认加载因子为 0.75 的情况下，假设 c 的元素个数就是 map 此时的最大阈值，最大阈值为 (int) (c.size()/.75f)，再加一，通过 HashMap 的扩容机制（取大于当前容量的最小二次幂），就可以取得最适合的容量大小

// 构造一个默认容量为 16 的 HashMap
public HashSet()  {
    map = new HashMap<>();
}
// 将 Collection 中的元素赋给 HashMap
public HashSet(Collection<? extends E> c) {
    map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
    addAll(c);
}
// 指定 HashMap 的初始容量和加载因子
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 常用方法

第一个是 add 方法。HashSet 使用 HashMap 保证元素不重复，熟悉 HashMap 的都知道，HashMap 的 Key 是不允许重复的，所以可以把要添加的元素作为 HashMap 的 Key 保存，但 Value 还是要有的，所以 HashSet 又定义了一个静态常量对象 PRESENT 来凑数，实际上并没有什么意义

private static final Object PRESENT = new Object();

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

到这里就一目了然了，HashSet 中添加元素的方法其实就是调用 HashMap 的 put 方法，如果 put 方法的返回值为 null，证明以 e 为键的元素不存在，则可以添加；否则会把原有的值删除并覆盖，并返回原来的值。所以当 add 方法中的条件判断成立，则证明添加成功，反之则失败。如果不了解 HashMap 的机制，可以看一下下面这张图


至于其他的 remove、contains 就更不用说了，全是 HashMap 的知识，不再赘述

LinkedHashSet

LinkedHashSet 是 HashSet 的子类，实现了 Set 接口，Set 有的特点它都有。既然 HashSet 靠 HashMap 干活，那是否 LinkedHashSet 也有自己的小弟呢？（没错，说的就是你 LinkedHashMap）

还记得之前提到在 HashSet 有一个专供 LinkedHashSet 使用的构造方法吗？这个构造方法只能由 LinkedHashSet 调用，参数 dummy 并没有实际意义，只是为了和 HashSet 中其他参数区分开罢了（重载原理）

LinkedHashMap 基于双向链表实现，相比于 HashMap 最大的不同就是有序。LinkedHashSet 中除了四个构造器以外再无其他方法，全部继承自 HashSet。如果想了解更多，就去看看 LinkedHashMap 吧

// HashSet 中专供 LinkedHashSet 使用的构造方法
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
    map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}

// LinkedHashSet 的构造方法
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

在此之前先了解一下 SortedSet，SortSet 扩展了 Set 并提供其元素的总排序，要求所有元素都必须实现 Comparable 接口，而且所有元素都必须是可比较的，即两个对象可以互相作为 compareTo 方法的参数。从这里可以看出，SortedSet 所谓的有序并不是我们通常认为的先后插入顺序，而是根据对象的比较函数对元素排序。SortSet 接口的方法如下：

// 返回用于对此集合中的元素进行排序的比较器，如果此集合使用其元素的自然顺序，则返回 null
Comparator<? super E> comparator();
// 返回此集合的部分元素，元素范围从 fromElement（包括）到 toElement（不包括）
SortedSet<E> subSet(E fromElement, E toElement);
// 返回此集合的部元素，其中元素全部小于 toElement
SortedSet<E> headSet(E toElement);
// 返回此集合的部分元素，其中元素全部大于或等于 fromElement
SortedSet<E> tailSet(E fromElement);
// 返回此集合中当前的第一个（最低）元素
E first();
// 返回此集合中当前的最后一个（最高）元素
E last();

NavigableSet 实现了 Sorted 接口，其本身也是一个接口，对 SortedHash 进行了扩展，支持导航方法，例如查找与指定目标最匹配项等。TreeSet 继承自 AbstractSet，实现了 NavigableSet 接口。TreeSet 基于 TreeMap 实现，其构造方法如下：

private transient NavigableMap<E,Object> m;

// 构造一个指定的 NavigableMap 的集合
TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
    this.m = m;
}
// 默认方法，根据元素的自然排序进行排序
public TreeSet() {
    this(new TreeMap<E,Object>());
}
// 指定比较器进行排序
public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
    this(new TreeMap<>(comparator));
}
// 构造一个包含指定集合中元素的集合，根据元素的自然排序进行排序
public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
    this();
    addAll(c);
}
// 构造一个包含相同元素的集合，并使用与指定排序集相同的排序
public TreeSet(SortedSet<E> s) {
    this(s.comparator());
    addAll(s);
}

TreeSet 也是基于 TreeMap 工作的，TreeMap 也是一个可排序的 Map，排序原理也是依靠比较器，更多的细节请了解 TreeMap