第 27 节 Set集合

在Collection接口下又有另外一个比较常用的子接口为Set接口（20%），Set接口并不像List接口那样对于Collection接口进行了大量的扩充，而是简单的继承了Collection接口。也就没有了之前List集合所提供的的get()方法。Set集合最大的特点就是不允许保存重复元素。

Set接口简介

在JDK1.9之前Set集合与Collection集合的定义并无差别，Set继续使用了Collection接口中的方法进行操作，但是从JDK1.9之后，Set集合也像List集合一样扩充了一些static方法，Set集合的定义如下：

public interface Set<E> extends Collection<E>

范例： 验证Set集合特征

public class Application {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Set<String> all = Set.of("Hello", "World", "Shieh", "Hello", "World");
        all.forEach(System.out::println);
    }
}

当使用of()时如果参数中存在重复元素则会直接抛出异常。Set集合的常规使用形式是通过子类进行实例化，所以Set接口下有两个常用的子类：HashSet、TreeSet。

HashSet

HashSet是Set接口里面使用最多的一个子类，其最大的特点就是保存的数据都是无序的，HashSet的定义如下：

public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable

范例： 观察HashSet子类的特点

package com.alpha.demo;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
public class TestDemo { 
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		Set<String> all = new HashSet<String>();
		all.add("Mori");
		all.add("Hello");
		all.add("Hello"); // 重复数据
		all.add("World");
		System.out.println(all);
	}
}

通过代码可以发现，Set集合下没有重复元素（这一点是Set接口的特征），同时发现在里面所保存的数据是没有任何顺序的，即：HashSet子类的特征属于无需排列。

TreeSet

Set接口的另一个子类就是TreeSet，与HashSet最大的区别在于TreeSet集合里面所保存的数据是有序的，TreeSet的定义如下：

public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
    implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable

范例： 使用TreeSet子类

package com.alpha.demo;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;
public class TestDemo { 
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		Set<String> all = new TreeSet<String>();
		all.add("M");
		all.add("B");
		all.add("B"); // 重复数据
		all.add("A");
		System.out.println(all);
	}
}

此时的程序使用了TreeSet子类，发现没有重复数据，并且所保存的内容自动排序。

关于数据排序的说明

既然TreeSet子类保存的内容可以进行排序，那么下面不如就编写一个自定义的类来完成数据的保存。

集合就是一个动态的对象数组，那么如果想要为一组对象进行排序，在Java里面必须要使用比较器，应该使用Comparable完成比较。在比较方法里面需要将这个类的所有属性都一起参与到比较之中。

范例： TreeSet排序

package com.alpha.demo;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;
class Book implements Comparable<Book> {
	private String title;
	private double price;
	public Book(String title, double price) {
		this.title = title;
		this.price = price;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Book [title=" + title + ", price=" + price + "]\n";
	}
	@Override
	public int compareTo(Book o) {
		if (this.price > o.price)
			return 1;
		else if (this.price < o.price)
			return -1;
		if (this.title == null) 
			if (o.title != null)
				return -1;
			else
				return 0;
		return this.title.compareTo(o.title); // 调用了String类的比较大小
	}
}
public class TestDemo { 
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		Set<Book> all = new TreeSet<Book>();
		all.add(new Book("Java", 69.8));
		all.add(new Book("Java", 69.8)); // 全部属性相同
		all.add(new Book("JSP", 69.8)); // 部分属性相同
		all.add(new Book("Oracle", 79.8)); // 全都不同
		System.out.println(all);
	}
}

通过检测可以发现TreeSet类主要是依靠Comparable接口中的compareTo()方法判断是否是重复数据，如果返回的是0，那么就认为是重复数据，不会被保存。

关于重复元素的说明

Comparable接口只能够负责TreeSet子类进行重复元素的判断，它并不是真正的用于能够进行重复元素验证的操作。如果要想判断重复元素那么只能够依靠Object类中所提供的方法：

取得哈希码：public int hashCode()；
- 先判断对象的哈希码是否相同，依靠哈希码取得一个对象的内容；
对象比较：public boolean equals(Object obj)；
- 再讲对象的属性进行依次的比较；

package com.alpha.demo;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
class Book {
	private String title;
	private double price;
	public Book(String title, double price) {
		this.title = title;
		this.price = price;
	}
	@Override
	public int hashCode() {
		final int prime = 31;
		int result = 1;
		long temp;
		temp = Double.doubleToLongBits(price);
		result = prime * result + (int) (temp ^ (temp >>> 32));
		result = prime * result + ((title == null) ? 0 : title.hashCode());
		return result;
	}
	@Override
	public boolean equals(Object obj) {
		if (this == obj)
			return true;
		if (obj == null)
			return false;
		if (getClass() != obj.getClass())
			return false;
		Book other = (Book) obj;
		if (Double.doubleToLongBits(price) != Double.doubleToLongBits(other.price))
			return false;
		if (title == null) {
			if (other.title != null)
				return false;
		} else if (!title.equals(other.title))
			return false;
		return true;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Book [title=" + title + ", price=" + price + "]\n";
	}
}
public class TestDemo { 
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		Set<Book> all = new HashSet<Book>();
		all.add(new Book("Java", 69.8));
		all.add(new Book("Java", 69.8)); // 全部属性相同
		all.add(new Book("JSP", 69.8)); // 部分属性相同
		all.add(new Book("Oracle", 79.8)); // 全都不同
		System.out.println(all);
	}
}

以后在非排序的情况下，只要是判断重复元素依靠的永远都是hashCode()与equals()。

一些简单的源码解析

HashSet是不允许存在重复元素的，分析其源码，来观察其底层的实现原理：

public class HashSet<E>
        extends AbstractSet<E>
        implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{

    /**
     * 内部维护着一个HashMap
     */
    private transient HashMap<E,Object> map;

    // map中key的默认值
    private static final Object PRESENT = new Object();

    /**
     * HashSet的默认构造函数为内部维护的HashMap实例化
     */
    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }

    /**
     * 添加时将PRESENT与要添加的元素作为map的key与value添加至维护的map中
     *
     * @param e element to be added to this set
     * @return {@code true} if this set did not already contain the specified
     * element
     */
    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }
}

此时可以看出，HashSet内部是实现几乎都是依赖着HashMap。同理，TreeSet的内部也维护着一个TreeMap。

public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
    implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{

    private transient NavigableMap<E,Object> m;

    private static final Object PRESENT = new Object();

    TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
        this.m = m;
    }

    public TreeSet() {
        this(new TreeMap<>());
    }
}

所以Set的实现只是对于Map的一种特殊用法。

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