Set 接口
基本介绍
(1)无序(添加和取出的顺序不一致),没有索引
添加的顺序和取出的顺序不一致(强调二者顺序不一致)
但是取出的顺序是固定的(强调存储后,位置是固定的,不会变化)
(2)不允许有重复元素,最多包含一个 null
常用方法
该接口是继承了 Collection 接口,方法参考 Collection 接口的即可
Set 接口方法
| 方法名 | 描述 |
|---|---|
| retainAll(Collection<?> c) | 保留当前集合和集合 c 中的共同元素,删除其他元素 |
| toArray() | 返回包含集合中所有元素的数组 |
Collection 接口方法
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| int size() | 返回集合中的元素数量 |
| boolean isEmpty() | 判断集合是否为空 |
| void clear() | 移除集合中的所有元素 |
| boolean add() | 向集合中添加元素,如果集合因此发生变化则返回 true |
| boolean addAll(Collection<? extends E> c) | 将指定集合中的所有元素添加到当前集合 |
| boolean remove(Object o) | 从集合中移除指定元素,如果集合包含该元素则返回 true |
| boolean removeAll(Collection<?> c) | 移除当前集合中所有包含在指定集合中的元素 |
| boolean contains(Object o) | 判断集合是否包含指定元素 |
| boolean containsAll(Collection<?> c) | 判断集合是否包含指定集合中的所有元素 |
遍历方式
Iterator 迭代器
java
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Set<String> set = new HashSet<>();
set.add("Apple");
set.add("Banana");
set.add("Cherry");
// 使用迭代器遍历 Set
Iterator<String> iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next());
}
}
}增强 for 循环
java
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Set<String> set = new HashSet<>();
set.add("Apple");
set.add("Banana");
set.add("Cherry");
// 使用增强型 for 循环遍历 Set
for (String fruit : set) {
System.out.println(fruit);
}
}
}Set 无序特性说明
java
public class pra {
public static void main(String[] args) {
Set set = new HashSet();
// jack
set.add("jack");
set.add("jack");
// null
set.add(null);
// java
set.add("java");
// tom
set.add("tom");
System.out.println(set + "\n");
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(set);
}
}
}
// 输出结果
[null, java, tom, jack]
[null, java, tom, jack]
[null, java, tom, jack]
[null, java, tom, jack]
[null, java, tom, jack]
[null, java, tom, jack]代码分析
(1)添加顺序和取出的顺序是不一致的
(2)取出的顺序是固定的
(3)元素是不能重复的
⭐ 面试经典易错题
java
import java.util.HashSet;
@SuppressWarnings("all")
public class pra {
public static void main(String[] args) {
HashSet hashSet = new HashSet();
hashSet.add(new dog(8));
hashSet.add(new dog(8));
hashSet.add("dog:8");
hashSet.add("dog:8");
System.out.println(hashSet);
}
}
class dog{
int age;
public dog(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "dog{" +
"age=" + age +
'}';
}
}
// 输出结果
[dog{age=8}, dog{age=8}, dog:8]代码分析
(1)对于创建的对象(即时内容相同),可以添加(不够成重复元素的判断条件)
(2)但是对于字符串对象,只能添加一个
(3)具体原因:和 HashSet 的底层添加机制有关
HashSet
基本介绍
(1)⭐HashSet 底层是 HashMap
(2)不能有重复元素,可以存放空值,且只能有一个 null
(3)HashSet 不能保证元素是有序的,取决于 hash 后的索引值(即无法保证存储元素顺序和取出元素顺序一致)
(4)HashSet、HashMap 都是线程不安全的
常用方法
HashSet 是 Set 接口的实现子类,拥有 Set 接口和 Collection 接口的方法
HashMap 底层实现
结构:数组 + 单链表 + 红黑树

⭐HashSet 添加机制
HashSet 底层是 HashMap
HashMap
(1) 添加一个元素时,先得到 hash 值(hashCode 方法),底层会把哈希值转换为索引值
(2) 查看哈希表 table(即数组),看这个索引位置是否已经存放的元素
1. 如果没有,直接加入
2. 如果有,调用 equals 方法(由程序员决定,可以被重写) 比较
(1)如果相同,就放弃添加
(2)如果不同,则添加到最后
⭐HashMap 扩容机制
(1)第一次添加时,table 数组扩容到 16,临界值 (threshold) 是 12
临界值:16 * 加载因子 (loadFactor) 0.75 = 12
(2)如果 table 数组的大小达到临界值 12,就会扩容为原先的 2 倍,此时数组的大小为:16 * 2 = 32
新的临界值: 32 * 加载因子 (loadFactor) 0.75 = 24,依次类推
(4) 在 Java8 中
1. 如果单链表的元素个数达到 TREEIFY_THRESHOLD(临界值:默认是 8)
2. 并且 table 的大小 >= MIN_TREEIFY_CAPACITY(执行树化需要 table 数组的大小:默认 64),就会进行树化(红黑树)
⚠️ 3. 如果单链表的元素个数达到八,但是数组空间小于 64,先采用数组扩容机制,直到数组大小扩容为 64 之后才会进行树化
⚠️HashMap 底层源码
调试示例代码
java
public class pra {
public static void main(String[] args) {
HashSet hashSet = new HashSet();
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
hashSet.add(i);
}
System.out.println(hashSet);
}
}⭐ 第一次添加元素调试
(1)调用构造器,底层是 HashMap
java
public HashSet() {
map = new HashMap<>();
}(2)首先进行装箱操作(valueOf()方法),这部分不看,进入 add()方法
java
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}代码分析
PRESENT:private static final Object PRESENT = new Object(),这里起到的占位作用,在后续在 put()方法中传值给 value
(3)进入 put()方法
java
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}代码分析
key:add()方法中添加的内容
(4)调用 hash()方法,计算哈希值
java
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}hashCode()方法得到的是十六进制值,需要转换为二进制值后做异或(^)运算
补充:resize()方法
java
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}代码分析
java
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16(1)初始化空间大小(table 数组):16
(2)临界因子:0.75
解释:16 * 0.75 = 12,当数组大小达到 12 时候,数组就会进行扩容(扩容 2 倍),变为 16 * 2 = 32
扩容:newCap = oldCap << 1; // double threshold
(3)最后返回一个新的数组
总结
resize()方法的本质就是初始化 table 数组,初始化空间为 16,同时设置临界因子为 0.75 * size
(5)⭐ 进入 putVal()方法(重点 ❗❗)
java
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;// 定义了一些临时变量
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}table:是 HashMap 的一个属性(数组),类型是 Node[ ](即为 HashMap 底层实现示意图中的数组)
1. if 语句:如果 table 数组当前为空或者大小为 0,就进行第一次初始化
java
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;2. 执行完 resize()方法后,table 数组的空间大小初始化为 16,里面元素为 null
java
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);代码分析
(1)根据 key (add() 方法中添加的内容),得到 hash 去计算该 key 应该存放到 table 表的哪个索引位置,并把这个位置的对象,赋给 p
(2)判断 p 是否为 null
如果 p 为 null,表示还没有存放元素,就创建一个 Node (key = 传入的值,value = PRESENT)
tab [ i ] = newNode(hash, key, value, null),传入 hash 的目的是:下一次添加节点时,判断该位置是否已经存放了元素(避免冲突)
3. 如上 if 分支代码执行后,不进入其匹配的 else 分支,代码继续执行
java
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;代码分析
(1)记录修改次数,自增一次
(2)如果当前数组大小大于了临界值,数组就需要进行扩容(2 倍大小)
(3)在 HashMap 中,afterNodeInsertion()方法体为空,目的是留给子类实现(例如:LinkedHashMap),涉及插入后的有序问题(void afterNodeInsertion(boolean evict) { })
(4)返回 null
putval()方法返回空,传递给 put()方法
java
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true); // 返回空,传递给 put() 方法
}put()方法也返回空,传递给 add()方法,接下来在 add()方法中判断是否为空,返回 add()方法的值
java
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
} // 返回空, 传递给 add() 方法(1)如果返回空,add()方法返回 true,插入成功
(2)如果不返回空(即返回的是 oldValue),add()方法返回 false,插入失败
调式结果视图
预备工作:调试过程中显示 null 值

(1)内存视图

(2)table 数组

⭐ 添加相同元素调试
调式代码示例
java
public class pra {
public static void main(String[] args) {
HashSet hashSet = new HashSet();
hashSet.add("java");
hashSet.add("java");
System.out.println(hashSet);
}
}(1)进入 putVal()方法
java
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null){
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
}
...(2) 因为添加的是同一个对象,计算的 hash 值相同,此时 p 的指向不为空,进入 else 分支
java
else {
// 编程习惯:需要用到什么变量,在局部定义
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}(3)第一个分支判断
java
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;代码分析
在进入 putVal() 方法后,首先进入 if 分支,通过计算得到 p,此时 p 指向的是链表的第一个元素,如果链表中添加的第一个元素的 hash 值和准备添加的 key 的 hash 值一样
并且满足下面两个条件之一,就不能加入
(1) 准备加入的 key 和 p 指向的 Node 结点的 key 是同一个对象(hash 值相同)
(2) p 指向的 Node 结点的 key 的 equals() 和准备加入的 key 比较后相同
(4)第二个分支判断
如果 p 是红黑树,就调用 putTreeVal()方法来添加
java
else if (p instanceof TreeNode){
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
}(5)第三个分支判断
如果前两个分支都不满足,则进入该分支,table 数组的每一个元素位置首先会存放一个元素值,之后在其后面挂接单链表,此时会从单链表的第一个节点开始循环遍历,判断当前添加的元素是否已经存在(即判断是否添加重复元素),因为在执行第一个 if 分支判断时,已经判断了当前添加元素是否和 table 数组中存放的元素为同一个元素
java
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e; // p指向下一个元素
}
}代码分析
(1)情况一:遍历过程中发现添加的元素和已有的元素重复(即添加了重复元素),直接跳出循环,不执行添加
java
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;(2)情况二:遍历一遍后,发现当前添加的元素和单链表中的元素没有一个是相同的(即添加的不是重复元素),则执行添加到单链表的末尾
java
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}代码分析
(1)如果元素可以添加进来,在链接到单链表末尾之后,会立即判断单链表的节点个数是否达到了 8 个,准备进行树化(需要满足两个条件),进入 treeifyBin()方法
javafinal void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) { int n, index; Node<K,V> e; if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY) resize(); else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) { TreeNode<K,V> hd = null, tl = null; do { TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null); if (tl == null) hd = p; else { p.prev = tl; tl.next = p; } tl = p; } while ((e = e.next) != null); if ((tab[index] = hd) != null) hd.treeify(tab); } }(2)treeifyBin()方法会首先判断数组大小是否 >= 64(默认值),如果不满足,会调用 resize()方法进行扩容,直到数组大小满足>=64 后,才会进行树化
(6)第四个分支判断
本次调试为第二次添加元素,且添加的元素和第一次添加的元素是同一个元素,进入 putVal()方法后,第一个分支判断条件成立,此时 e 不为空,进入如下分支判断
java
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}代码分析
(1)e . value 的值就是 PRESENT(在 put()方法中,value 位置接收的值是 PRESENT),此时返回 oldValue
(2)返回到 add()函数
put()方法返回值为 oldValue,不为空,add()方法返回 false,添加失败,即不能添加相同的元素
java
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}LinkedHashSet
基本介绍
(1)LinkedHashSet 继承了 HashSet,不允许添加重复元素
(2)LinkedHashSet 底层是 LinkedHashMap
(3)LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置,用链表维护了元素的次序(是 HashSet 的升级版),即添加顺序和取出顺序是一致
底层机制
数组 + 双向链表

(1) LinkedHashSet 中维护的是一个 hash 表和双向链表(LinkedHashSet 有 head 和 tail)
(2)每个节点有 pre 和 next 属性,这样可以形成双向链表
(3) 在添加一个元素时,先计算 hash 值,再求索引索引,确定该元素在 table 的位置,然后将添加的元素加入到双向链表,如果元素已经存在,则不添加(添加原则和 hashset 一样)
代码示例
定义员工类,如果名字和年龄相同就不添到 HashSet 中
⚠️ 注意:需要同时重写 hashCode() 和 equals() 方法
java
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Objects;
@SuppressWarnings("all")
public class pra {
public static void main(String[] args) {
HashSet hashSet = new HashSet();
hashSet.add(new employee("jack",18));
hashSet.add(new employee("tom",23));
hashSet.add(new employee("jack",18));
Iterator iterator = hashSet.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
class employee{
String name;
int age;
public employee(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "employee{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
// 重写 hashCode() 和 equals() 方法
@Override
public boolean equals(Object o) {
if (this == o) return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
employee employee = (employee) o;
return age == employee.age && Objects.equals(name, employee.name);
}
@Override
public int hashCode() {
// 名字和年龄相同,hashCode相同
return Objects.hash(name, age);
}
}TreeSet
基本介绍
(1)TreeSet 的底层是 TreeMap
(2)添加顺序和取出顺序不一致,底层还是计算 hash 值
(3)⚠️ 提供了一个构造器可以传入 Comparator 接口,通过实现 compare()方法来指定添加顺序,如果返回值为 0,则不会进行添加
示例代码
java
public class pra {
public static void main(String[] args) {
TreeSet treeSet = new TreeSet(new Comparator() {
@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
return ((String)o1).compareTo((String)o2);
}
});
treeSet.add("jack");
treeSet.add("tom");
treeSet.add("hi");
treeSet.add("jack");
System.out.println("treeSet = " + treeSet);
}
}
// 输出结果
treeSet = [hi, jack, tom]代码分析
(1) 调用构造器传入实现 Comparator 接口的实例对象(匿名内部类),通过实现 compare()方法来指定添加顺序
(2) 调用字符串的 compareTo()方法,由于添加的字符串都不相同,可见添加的顺序是按照字典序排列的
补充:字符串的 compareTo()方法回顾
java
public int compareTo(String anotherString) {
int len1 = value.length;
int len2 = anotherString.value.length;
int lim = Math.min(len1, len2);
char v1[] = value;
char v2[] = anotherString.value;
int k = 0;
while (k < lim) {
char c1 = v1[k];
char c2 = v2[k];
if (c1 != c2) {
return c1 - c2;
}
k++;
}
return len1 - len2;
}(1)如果长度相同,并且每个个字符也相同,就返回 0
(2)如果长度相同或者不相同,但是在比较时,可以区分大小
(3)如果前面的部分都相同,就返回长度之差( str1 . len - str2 . len )
⭐ 源码分析
添加元素有序的实现原理
(1)进入 add() 方法
java
public boolean add(E e) {
return m.put(e, PRESENT)==null;
}(2)进入 put() 方法
底层其实是调用了传入的匿名内部类中实现的 compare 方法,即实现了可以自定义添加顺序
java
public V put(K key, V value) {
Entry<K,V> t = root;
if (t == null) {
compare(key, key); // type (and possibly null) check
root = new Entry<>(key, value, null);
size = 1;
modCount++;
return null;
}
int cmp;
Entry<K,V> parent;
// split comparator and comparable paths
Comparator<? super K> cpr = comparator;
if (cpr != null) {
/* 核心部分
do {
parent = t;
cmp = cpr.compare(key, t.key);
if (cmp < 0)
t = t.left;
else if (cmp > 0)
t = t.right;
else
return t.setValue(value);
} while (t != null);
*/
}
else {
if (key == null)
throw new NullPointerException();
@SuppressWarnings("unchecked")
Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
do {
parent = t;
cmp = k.compareTo(t.key);
if (cmp < 0)
t = t.left;
else if (cmp > 0)
t = t.right;
else
return t.setValue(value);
} while (t != null);
}
Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
if (cmp < 0)
parent.left = e;
else
parent.right = e;
fixAfterInsertion(e);
size++;
modCount++;
return null;
}⭐ 面试经典易错题
在下面的代码中,java 能否被添加到 TreeSet 中
java
public class pra {
public static void main(String[] args) {
TreeSet treeSet = new TreeSet(new Comparator() {
@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
return ((String)o1).length() - ((String)o2).length();
}
});
treeSet.add("jack");
treeSet.add("tom");
treeSet.add("hi");
treeSet.add("java");
System.out.println("treeSet = " + treeSet);
}
}
// 运行结果
treeSet = [hi, tom, jack]答案:不能
代码分析
(1)根据传入的比较器,这里是根据字符串的长度指定添加顺序
(2)java 和 jack 的字符串长度相同,调用字符串的 compareTo()方法,返回 0,putVal()方法进入 else 分支,该元素不会被添加进入 treeSet 中
java
if (cpr != null) {
do {
parent = t;
cmp = cpr.compare(key, t.key);
if (cmp < 0)
t = t.left;
else if (cmp > 0)
t = t.right;
else
return t.setValue(value); // compare方法返回0,不会执行添加操作
} while (t != null);
}