【集合系列】- 深入淺出的分析 Set集合

一、摘要

關於 Set 接口，在實際開發中，其實很少用到，但是如果你出去面試，它可能依然是一個繞不開的話題。

言歸正傳，廢話咱們也不多說了，相信使用過 Set 集合類的朋友都知道，Set集合的特點主要有：元素不重複、存儲無序的特點。

啥意思呢？你可以理解爲，向一個瓶子裏面扔東西，這些東西沒有記號是第幾個放進去的，但是有一點就是這個瓶子裏面不會有重樣的東西。

細細思考，你會發現， Set 集合的這些特性正處於 List 集合和 Map 集合之間，爲什麼這麼說呢？之前的集合文章中，咱們瞭解到，List 集合的特點就是存取有序，本質是一個有序數組，每個元素依次按照順序存儲；Map 集合主要用於存放鍵值對，雖然底層也是用數組存放，但是元素在數組中的下標是通過哈希算法計算出來的，數組下標無序。

而 Set 集合，在元素存儲方面，注重獨立無二的特性，如果某個元素在集合中已經存在，不會存儲重複的元素，同時，集合存儲的是元素，不像 Map 集合那樣存儲的是鍵值對。

具體的分析，咱們慢慢道來，打開 Set 集合，主要實現類有 HashSet、LinkedHashSet 、TreeSet 、EnumSet（ RegularEnumSet、JumboEnumSet ）等等，總結 Set 接口實現類，圖如下：

由圖中的繼承關係，可以知道，Set 接口主要實現類有 AbstractSet、HashSet、LinkedHashSet 、TreeSet 、EnumSet（ RegularEnumSet、JumboEnumSet ），其中 AbstractSet、EnumSet 屬於抽象類，EnumSet 是在 jdk1.5 中新增的，不同的是 EnumSet 集合元素必須是枚舉類型。

HashSet 是一個輸入輸出無序的集合，集合中的元素基於 HashMap 的 key 實現，元素不可重複；
LinkedHashSet 是一個輸入輸出有序的集合，集合中的元素基於 LinkedHashMap 的 key 實現，元素也不可重複；
TreeSet 是一個排序的集合，集合中的元素基於 TreeMap 的 key 實現，同樣元素不可重複；
EnumSet 是一個與枚舉類型一起使用的專用 Set 集合，其中 RegularEnumSet 和 JumboEnumSet 不能單獨實例化，只能由 EnumSet 來生成，同樣元素不可重複；

下面咱們來對各個主要實現類進行一一分析！

二、HashSet

HashSet 是一個輸入輸出無序的集合，底層基於 HashMap 來實現，HashSet 利用 HashMap 中的key元素來存放元素，這一點我們可以從源碼上看出來，閱讀源碼如下：

public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable{
    
    // HashMap 變量
    private transient HashMap<E,Object> map;
    
    /**HashSet 初始化*/
    public HashSet() {
        //默認實例化一個 HashMap
        map = new HashMap<>();
    }
}

2.1、add方法

打開HashSet的add()方法，源碼如下：

public boolean add(E e) {
        //向 HashMap 中添加元素
        return map.put(e, PRESENT)==null;
}

其中變量PRESENT，是一個非空對象，源碼部分如下：

private static final Object PRESENT = new Object();

可以分析出，當進行add()的時候，等價於

HashMap map = new HashMap<>();
map.put(e, new Object());//e 表示要添加的元素

在之前的集合文章中，咱們瞭解到 HashMap 在添加元素的時候，通過equals()和hashCode()方法來判斷傳入的key是否相同，如果相同，那麼 HashMap 認爲添加的是同一個元素，反之，則不是。

從源碼分析上可以看出，HashSet 正是使用了 HashMap 的這一特性，實現存儲元素下標無序、元素不會重複的特點。

2.2、remove方法

HashSet 的刪除方法，同樣如此，也是基於 HashMap 的底層實現，源碼如下：

public boolean remove(Object o) {
        //調用HashMap 的remove方法，移除元素
        return map.remove(o)==PRESENT;
}

2.3、查詢方法

HashSet 沒有像 List、Map 那樣提供 get 方法，而是使用迭代器或者 for 循環來遍歷元素，方法如下：

public static void main(String[] args) {
        Set<String> hashSet = new HashSet<String>();
        System.out.println("HashSet初始容量大小："+hashSet.size());
        hashSet.add("1");
        hashSet.add("2");
        hashSet.add("3");
        hashSet.add("3");
        hashSet.add("2");
        hashSet.add(null);

        //相同元素會自動覆蓋
        System.out.println("HashSet容量大小："+hashSet.size());
        //迭代器遍歷
        Iterator<String> iterator = hashSet.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            String str = iterator.next();
            System.out.print(str + ",");
        }

        System.out.println("\n===========");
        //增強for循環
        for (String str : hashSet) {
            System.out.print(str + ",");
        }
}

輸出結果：

HashSet初始容量大小：0
HashSet容量大小：4
null,1,2,3,
===========
null,1,2,3,

需要注意的是，HashSet 允許添加爲null的元素。

三、LinkedHashSet

LinkedHashSet 是一個輸入輸出有序的集合，繼承自 HashSet，但是底層基於 LinkedHashMap 來實現。

如果你之前瞭解過 LinkedHashMap，那麼你一定知道，它也繼承自 HashMap，唯一有區別的是，LinkedHashMap 底層數據結構基於循環鏈表實現，並且數組指定了頭部和尾部，雖然數組的下標存儲無序，但是卻可以通過數組的頭部和尾部，加上循環鏈表，依次可以查詢到元素存儲的過程，從而做到輸入輸出有序的特點。

如果還不瞭解 LinkedHashMap 的實現過程，可以參閱集合系列中關於 LinkedHashMap 的實現過程文章。

閱讀 LinkedHashSet 的源碼，類定義如下：

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

    public LinkedHashSet() {
        //調用 HashSet 的方法
        super(16, .75f, true);
    }
}

查詢源碼，super調用的方法，源碼如下：

HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
        //初始化一個 LinkedHashMap
        map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}

3.1、add方法

LinkedHashSet沒有重寫add方法，而是直接調用HashSet的add()方法，因爲map的實現類是LinkedHashMap，所以此處是向LinkedHashMap中添加元素，當進行add()的時候，等價於

HashMap map = new LinkedHashMap<>();
map.put(e, new Object());//e 表示要添加的元素

3.2、remove方法

LinkedHashSet也沒有重寫remove方法，而是直接調用HashSet的刪除方法，因爲LinkedHashMap沒有重寫remove方法，所以調用的也是HashMap的remove方法，源碼如下：

public boolean remove(Object o) {
        //調用HashMap 的remove方法，移除元素
        return map.remove(o)==PRESENT;
}

3.3、查詢方法

同樣的，LinkedHashSet 沒有提供 get 方法，使用迭代器或者 for 循環來遍歷元素，方法如下：

public static void main(String[] args) {
        Set<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<String>();
        System.out.println("linkedHashSet初始容量大小："+linkedHashSet.size());
        linkedHashSet.add("1");
        linkedHashSet.add("2");
        linkedHashSet.add("3");
        linkedHashSet.add("3");
        linkedHashSet.add("2");
        linkedHashSet.add(null);
        linkedHashSet.add(null);

        System.out.println("linkedHashSet容量大小："+linkedHashSet.size());
        //迭代器遍歷
        Iterator<String> iterator = linkedHashSet.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            String str = iterator.next();
            System.out.print(str + ",");
        }

        System.out.println("\n===========");
        //增強for循環
        for (String str : linkedHashSet) {
            System.out.print(str + ",");
        }
}

輸出結果：

linkedHashSet初始容量大小：0
linkedHashSet容量大小：4
1,2,3,null,
===========
1,2,3,null,

可見，LinkedHashSet 與 HashSet 相比，LinkedHashSet 輸入輸出有序。

四、TreeSet

TreeSet 是一個排序的集合，實現了NavigableSet、SortedSet、Set接口，底層基於 TreeMap 來實現。TreeSet 利用 TreeMap 中的key元素來存放元素，這一點我們也可以從源碼上看出來，閱讀源碼，類定義如下：

public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable {
    
    //TreeSet 使用NavigableMap接口作爲變量
    private transient NavigableMap<E,Object> m;
    
    /**對象初始化*/
    public TreeSet() {
        //默認實例化一個 TreeMap 對象
        this(new TreeMap<E,Object>());
    }
    
    //對象初始化調用的方法
    TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
        this.m = m;
    }
}

new TreeSet<>()對象實例化的時候，表達的意思，可以簡化爲如下：

NavigableMap<E,Object> m = new TreeMap<E,Object>();

因爲TreeMap實現了NavigableMap接口，所以沒啥問題。

public class TreeMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable{
    ......
}

4.1、add方法

打開TreeSet的add()方法，源碼如下：

public boolean add(E e) {
        //向 TreeMap 中添加元素
        return m.put(e, PRESENT)==null;
}

其中變量PRESENT，也是是一個非空對象，源碼部分如下：

private static final Object PRESENT = new Object();

可以分析出，當進行add()的時候，等價於

TreeMap map = new TreeMap<>();
map.put(e, new Object());//e 表示要添加的元素

TreeMap 類主要功能在於，給添加的集合元素，按照一個的規則進行了排序，默認以自然順序進行排序，當然也可以自定義排序，比如測試方法如下：

public static void main(String[] args) {
        Map initMap = new TreeMap();
        initMap.put("4", "d");
        initMap.put("3", "c");
        initMap.put("1", "a");
        initMap.put("2", "b");
        //默認自然排序，key爲升序
        System.out.println("默認 排序結果:" + initMap.toString());
        //自定義排序，在TreeMap初始化階段傳入Comparator 內部對象
        Map comparatorMap = new TreeMap<String, String>(new Comparator<String>() {
            @Override
            public int compare(String o1, String o2){
                //根據key比較大小，採用倒敘，以大到小排序
                return o2.compareTo(o1);
            }
        });
        comparatorMap.put("4", "d");
        comparatorMap.put("3", "c");
        comparatorMap.put("1", "a");
        comparatorMap.put("2", "b");
        System.out.println("自定義 排序結果:" + comparatorMap.toString());
}

輸出結果：

默認 排序結果:{1=a, 2=b, 3=c, 4=d}
自定義 排序結果:{4=d, 3=c, 2=b, 1=a}

相信使用過TreeMap的朋友，一定知道TreeMap會自動將key按照一定規則進行排序，TreeSet正是使用了TreeMap這種特性，來實現添加的元素集合，在輸出的時候，其結果是已經排序好的。

如果您沒看過源碼TreeMap的實現過程，可以參閱集合系列文章中TreeMap的實現過程介紹，或者閱讀 jdk 源碼。

4.2、remove方法

TreeSet 的刪除方法，同樣如此，也是基於 TreeMap 的底層實現，源碼如下：

public boolean remove(Object o) {
        //調用TreeMap 的remove方法，移除元素
        return m.remove(o)==PRESENT;
}

4.3、查詢方法

TreeSet 沒有重寫 get 方法，而是使用迭代器或者 for 循環來遍歷元素，方法如下：

public static void main(String[] args) {
        Set<String> treeSet = new TreeSet<>();
        System.out.println("treeSet初始容量大小："+treeSet.size());
        treeSet.add("1");
        treeSet.add("4");
        treeSet.add("3");
        treeSet.add("8");
        treeSet.add("5");

        System.out.println("treeSet容量大小："+treeSet.size());
        //迭代器遍歷
        Iterator<String> iterator = treeSet.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            String str = iterator.next();
            System.out.print(str + ",");
        }

        System.out.println("\n===========");
        //增強for循環
        for (String str : treeSet) {
            System.out.print(str + ",");
        }
    }

輸出結果：

treeSet初始容量大小：0
treeSet容量大小：5
1,3,4,5,8,
===========
1,3,4,5,8,

4.4、自定義排序

使用自定義排序，有 2 種方法，第一種在需要添加的元素類，實現Comparable接口，重寫compareTo方法來實現對元素進行比較，實現自定義排序。

方法一

/**
  * 創建實體類Person實現Comparable接口
  */
public class Person implements Comparable<Person>{
    private int age;
    private String name;
    public Person(String name, int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    @Override
    public int compareTo(Person o){
        //重寫 compareTo 方法，自定義排序算法
        return this.age-o.age;
    }
    @Override
    public String toString(){
        return name+":"+age;
    }
}

創建一個Person實體類，實現Comparable接口，重寫compareTo方法，通過變量age實現自定義排序
測試方法如下：

public static void main(String[] args) {
        Set<Person> treeSet = new TreeSet<>();
        System.out.println("treeSet初始容量大小："+treeSet.size());
        treeSet.add(new Person("李一",18));
        treeSet.add(new Person("李二",17));
        treeSet.add(new Person("李三",19));
        treeSet.add(new Person("李四",21));
        treeSet.add(new Person("李五",20));

        System.out.println("treeSet容量大小："+treeSet.size());
        System.out.println("按照年齡從小到大，自定義排序結果：");
        //迭代器遍歷
        Iterator<Person> iterator = treeSet.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            Person person = iterator.next();
            System.out.print(person.toString() + ",");
        }
}

輸出結果：

treeSet初始容量大小：0
treeSet容量大小：5
按照年齡從小到大，自定義排序結果：
李二:17,李一:18,李三:19,李五:20,李四:21,

方法二

第二種方法是在TreeSet初始化階段，Person不用實現Comparable接口，將Comparator接口以內部類的形式作爲參數，初始化進去，方法如下：

public static void main(String[] args) {
        //自定義排序
        Set<Person> treeSet = new TreeSet<>(new Comparator<Person>(){
            @Override
            public int compare(Person o1, Person o2) {
                if(o1 == null || o2 == null){
                    //不用比較
                    return 0;
                }
                //從小到大進行排序
                return o1.getAge() - o2.getAge();
            }
        });
        System.out.println("treeSet初始容量大小："+treeSet.size());
        treeSet.add(new Person("李一",18));
        treeSet.add(new Person("李二",17));
        treeSet.add(new Person("李三",19));
        treeSet.add(new Person("李四",21));
        treeSet.add(new Person("李五",20));

        System.out.println("treeSet容量大小："+treeSet.size());
        System.out.println("按照年齡從小到大，自定義排序結果：");
        //迭代器遍歷
        Iterator<Person> iterator = treeSet.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            Person person = iterator.next();
            System.out.print(person.toString() + ",");
        }
}

輸出結果：

treeSet初始容量大小：0
treeSet容量大小：5
按照年齡從小到大，自定義排序結果：
李二:17,李一:18,李三:19,李五:20,李四:21,

需要注意的是，TreeSet不能添加爲空的元素，否則會報空指針錯誤！

五、EnumSet

EnumSet 是一個與枚舉類型一起使用的專用 Set 集合，繼承自AbstractSet抽象類。與 HashSet、LinkedHashSet 、TreeSet 不同的是，EnumSet 元素必須是Enum的類型，並且所有元素都必須來自同一個枚舉類型，EnumSet 定義源碼如下：

public abstract class EnumSet<E extends Enum<E>> extends AbstractSet<E>
    implements Cloneable, java.io.Serializable {
    ......
}

EnumSet是一個虛類，不能直接通過實例化來獲取對象，只能通過它提供的靜態方法來返回EnumSet實現類的實例。

EnumSet的實現類有兩個，分別是RegularEnumSet、JumboEnumSet兩個類，兩個實現類都繼承自EnumSet。

EnumSet會根據枚舉類型中元素的個數，來決定是返回哪一個實現類，當 EnumSet元素中的元素個數小於或者等於64，就會返回RegularEnumSet實例；當EnumSet元素個數大於64，就會返回JumboEnumSet實例。

這一點，我們可以從源碼中看出，源碼如下：

public static <E extends Enum<E>> EnumSet<E> noneOf(Class<E> elementType) {
        Enum<?>[] universe = getUniverse(elementType);
        if (universe == null)
            throw new ClassCastException(elementType + " not an enum");
        //當元素個數小於或者等於 64 的時候，返回 RegularEnumSet
        if (universe.length <= 64)
            return new RegularEnumSet<>(elementType, universe);
        else
            //大於64，返回 JumboEnumSet
            return new JumboEnumSet<>(elementType, universe);
}

noneOf是EnumSet中一個靜態方法，用於判斷是返回哪一個實現類。

我們來看看當元素個數小於等於64的時候，使用RegularEnumSet的類，源碼如下：

class RegularEnumSet<E extends Enum<E>> extends EnumSet<E> {

    /**元素爲long型*/
    private long elements = 0L;

    /**添加元素*/
    public boolean add(E e) {
        typeCheck(e);

        long oldElements = elements;
        //二進制運算，獲取元素
        elements |= (1L << ((Enum<?>)e).ordinal());
        return elements != oldElements;
    }
}

RegularEnumSet 通過二進制運算得到結果，直接使用long來存放元素。

我們再來看看當元素個數大於64的時候，使用JumboEnumSet的類，源碼如下：

class JumboEnumSet<E extends Enum<E>> extends EnumSet<E> {

    /**元素爲long型*/
    private long elements = 0L;

    /**添加元素*/
    public boolean add(E e) {
        typeCheck(e);

        int eOrdinal = e.ordinal();
        int eWordNum = eOrdinal >>> 6;

        long oldElements = elements[eWordNum];
        //二進制運算
        elements[eWordNum] |= (1L << eOrdinal);
        //使用數組來操作元素
        boolean result = (elements[eWordNum] != oldElements);
        if (result)
            size++;
        return result;
    }
}

JumboEnumSet 也是通過二進制運算得到結果，使用long來存放元素，但是它是使用數組來存放元素。

二者相比，RegularEnumSet 效率比 JumboEnumSet 高些，因爲操作步驟少，大多數情況下返回的是 RegularEnumSet，只有當枚舉元素個數超過 64 的時候，會使用 JumboEnumSet。

5.1、添加元素

新建一個EnumEntity的枚舉類型，定義2個參數。

public enum EnumEntity {
    WOMAN,MAN;
}

創建一個空的 EnumSet！

//創建一個 EnumSet，內容爲空
EnumSet<EnumEntity> noneSet = EnumSet.noneOf(EnumEntity.class);
System.out.println(noneSet);

輸出結果：

[]

創建一個 EnumSet，並將枚舉類型的元素全部添加進去！

//創建一個 EnumSet，將EnumEntity 元素內容添加到EnumSet中
EnumSet<EnumEntity> allSet = EnumSet.allOf(EnumEntity.class);
System.out.println(allSet);

輸出結果：

[WOMAN, MAN]

創建一個 EnumSet，添加指定的枚舉元素！

//創建一個 EnumSet，添加 WOMAN 到 EnumSet 中
EnumSet<EnumEntity> customSet = EnumSet.of(EnumEntity.WOMAN);
System.out.println(customSet);

5.2、查詢元素

EnumSet與HashSet、LinkedHashSet、TreeSet一樣，通過迭代器或者 for 循環來遍歷元素，方法如下：

EnumSet<EnumEntity> allSet = EnumSet.allOf(EnumEntity.class);
for (EnumEntity enumEntity : allSet) {
        System.out.print(enumEntity + ",");
}

輸出結果：

WOMAN,MAN,

六、總結

HashSet 是一個輸入輸出無序的 Set 集合，元素不重複，底層基於 HashMap 的 key 來實現，元素可以爲空，如果添加的元素爲對象，對象需要重寫 equals() 和 hashCode() 方法來約束是否爲相同的元素。
LinkedHashSet 是一個輸入輸出有序的 Set 集合，繼承自 HashSet，元素不重複，底層基於 LinkedHashMap 的 key來實現，元素也可以爲空，LinkedHashMap 使用循環鏈表結構來保證輸入輸出有序。
TreeSet 是一個排序的 Set 集合，元素不可重複，底層基於 TreeMap 的 key來實現，元素不可以爲空，默認按照自然排序來存放元素，也可以使用 Comparable 和 Comparator 接口來比較大小，實現自定義排序。
EnumSet 是一個與枚舉類型搭配使用的專用 Set 集合，在 jdk1.5 中加入。EnumSet 是一個虛類，有2個實現類 RegularEnumSet、JumboEnumSet，不能顯式的實例化改類，EnumSet 會動態決定使用哪一個實現類，當元素個數小於等於64的時候，使用 RegularEnumSet；大於 64的時候，使用JumboEnumSet類，EnumSet 其內部使用位向量實現，擁有極高的時間和空間性能，如果元素是枚舉類型，推薦使用 EnumSet。

七、參考

1、JDK1.7&JDK1.8 源碼

2、程序園 - java集合－EnumMap與EnumSet

作者：炸雞可樂
原文出處：www.pzblog.cn

【集合系列】- 深入淺出的分析 Set集合

一、摘要

二、HashSet

2.1、add方法

2.2、remove方法

2.3、查詢方法

三、LinkedHashSet

3.1、add方法

3.2、remove方法

3.3、查詢方法

四、TreeSet

4.1、add方法

4.2、remove方法

4.3、查詢方法

4.4、自定義排序

方法一

方法二

五、EnumSet

5.1、添加元素

5.2、查詢元素

六、總結

七、參考

這個網絡爬蟲代碼，拿到數據之後如何存到csv文件中去？

即刻放大鏡。跟隨鼠標，屏幕任意位置放大

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