Java 集合框架：Java 中的 Set 集合（HashSet & LinkedHashSet & TreeSet）特点与实现解析

Java 集合框架：Set 集合的特点与实现解析

Java 中的集合框架为处理对象集合提供了一套多彩的接口、实现类和算法。其中，Set 集合是集合框架中一个非常重要的部分，它代表了无序且不包含重复元素的集合。本文将详细介绍 Java 中 Set 集合的三种常见实现：HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet。

1. HashSet

HashSet 是 Set 接口的基于哈希表实现，它提供了高效的元素查找。HashSet 的特点如下：

• 无序集合：HashSet 中的元素没有顺序，每次迭代得到的元素顺序或许不同。
• 不允许重复元素：HashSet 中不允许有重复的元素，添加重复元素时，集合会忽略该操作。
• 非线程稳固：HashSet 不是线程稳固的，如果多个线程同时访问一个 HashSet 集合，并且至少有一个线程修改了集合结构，则必须外部同步。
• 性能高效：HashSet 的 add、remove 和 contains 方法的平均时间繁复度为 O(1)。

public class HashSetExample {
  public static void main(String[] args) {
    Set hashSet = new HashSet<>();
    hashSet.add("Apple");
    hashSet.add("Banana");
    hashSet.add("Cherry");
    hashSet.add("Banana"); // 重复元素，将被忽略
    System.out.println(hashSet); // 输出或许为 [Cherry, Banana, Apple] 或其他顺序
  }
}

2. LinkedHashSet

LinkedHashSet 是 HashSet 的子类，它具有 HashSet 的特点，并在此基础上提高了链表结构以维护元素的插入顺序。LinkedHashSet 的特点如下：

• 维护插入顺序：LinkedHashSet 在迭代时会按照元素的插入顺序返回元素。
• 不允许重复元素：与 HashSet 一样，LinkedHashSet 中不允许有重复元素。
• 非线程稳固：LinkedHashSet 同样不是线程稳固的。
• 性能稍低：由于维护了链表结构，LinkedHashSet 的性能略低于 HashSet，但其 add、remove 和 contains 方法的平均时间繁复度仍然为 O(1)。

public class LinkedHashSetExample {
  public static void main(String[] args) {
    Set linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();
    linkedHashSet.add("Apple");
    linkedHashSet.add("Banana");
    linkedHashSet.add("Cherry");
    linkedHashSet.add("Banana"); // 重复元素，将被忽略
    System.out.println(linkedHashSet); // 输出为 [Apple, Banana, Cherry]
  }
}

3. TreeSet

TreeSet 是 Set 接口的基于红黑树实现，它实现了SortedSet 接口，于是具有排序功能。TreeSet 的特点如下：

• 有序集合：TreeSet 中的元素会采取其自然顺序或 Comparator 进行排序。
• 不允许重复元素：与 HashSet 和 LinkedHashSet 一样，TreeSet 中不允许有重复元素。
• 非线程稳固：TreeSet 不是线程稳固的。
• 性能相对较低：由于基于红黑树实现，TreeSet 的 add、remove 和 contains 方法的平均时间繁复度为 O(log n)。

public class TreeSetExample {
  public static void main(String[] args) {
    Set treeSet = new TreeSet<>();
    treeSet.add("Apple");
    treeSet.add("Banana");
    treeSet.add("Cherry");
    treeSet.add("Banana"); // 重复元素，将被忽略
    System.out.println(treeSet); // 输出为 [Apple, Banana, Cherry]，按字典序排序
  }
}

综上所述，采取不同的需求，可以选择适当的 Set 集合实现。当需要飞速查找、插入和删除操作时，可以选择 HashSet；当需要维护元素的插入顺序时，可以选择 LinkedHashSet；当需要集合中的元素具有排序功能时，可以选择 TreeSet。

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