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

Java 中的 Set 是很是经常使用的数据类型。Set 是无序的 Collection，Java Set 有三个经常使用的实现类，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，是一个不容许有重复元素的无序集合。容许 null 元素，非线程安全。HashSet 还实现了 Cloneable、Serializable 接口，因此 HashSet 是支持复制、序列化的

因此说，HashMap 是替 HashSet 打工的。就像老板手下的员工，不辞辛苦，作牛作马，像极了被剥削的咱们（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 的状况下，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，经过 HashMap 的扩容机制（取大于当前容量的最小二次幂），就能够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 经常使用方法

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 是不容许重复的，因此能够把要添加的元素做为 HashMap 的 Key 保存，但 Value 仍是要有的，因此 HashSet 又定义了一个静态常量对象 PRESENT 来凑数，实际上并无什么意义

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，若是 put 方法的返回值为 null，证实以 e 为键的元素不存在，则能够添加；不然会把原有的值删除并覆盖，并返回原来的值。因此当 add 方法中的条件判断成立，则证实添加成功，反之则失败。若是不了解 HashMap 的机制，能够看一下下面这张图


至于其余的 remove、contains 就更不用说了，全是 HashMap 的知识，再也不赘述

LinkedHashSet

LinkedHashSet 是 HashSet 的子类，实现了 Set 接口，Set 有的特色它都有。既然 HashSet 靠 HashMap 干活，那是否 LinkedHashSet 也有本身的小弟呢？（没错，说的就是你 LinkedHashMap）

还记得以前提到在 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 并无实际意义，只是为了和 HashSet 中其余参数区分开罢了（重载原理）

LinkedHashMap 基于双向链表实现，相比于 HashMap 最大的不一样就是有序。LinkedHashSet 中除了四个构造器之外再无其余方法，所有继承自 HashSet。若是想了解更多，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

在此以前先了解一下 SortedSet，SortSet 扩展了 Set 并提供其元素的总排序，要求全部元素都必须实现 Comparable 接口，并且全部元素都必须是可比较的，即两个对象能够互相做为 compareTo 方法的参数。从这里能够看出，SortedSet 所谓的有序并非咱们一般认为的前后插入顺序，而是根据对象的比较函数对元素排序。SortSet 接口的方法以下：

// 返回用于对此集合中的元素进行排序的比较器，若是此集合使用其元素的天然顺序，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，其中元素所有小于 toElement
SortedSet<E> headSet(E toElement);
// 返回此集合的部分元素，其中元素所有大于或等于 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，其自己也是一个接口，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，其构造方法以下：

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，根据元素的天然排序进行排序
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，根据元素的天然排序进行排序
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 工做的，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