Java集合详解7：HashSet，TreeSet与LinkedHashSet

threshold) resize(); afterNodeInsertion(evict); return null;}这里注意一点，hashset只是不允许重复的元素加入，而不是不允许元素连成链表，因为只要key的equals方法判断为true时它们是相等的，此时会发生value的替换，因为所有entry的value一样，所以和没有插入时一样的。而当两个hashcode相同但key不相等的entry插入时，仍然会连成一个链表，长度超过8时依然会和hashmap一样扩展成红黑树，看完源码之后笔者才明白自己之前理解错了。所以看源码还是蛮有好处的。hashset基本上就是使用hashmap的方法再次实现了一遍而已，只不过value全都是同一个object，让你以为相同元素没有插入，事实上只是value替换成和原来相同的值而已。当add方法发生冲突时，如果key相同，则替换value，如果key不同，则连成链表。add()如果此 set 中尚未包含指定元素，则添加指定元素。如果此Set没有包含满足(e==null ? e2==null : e.equals(e2)) 的e2时，则将e2添加到Set中，否则不添加且返回false。由于底层使用HashMap的put方法将key = e，value=PRESENT构建成key-value键值对，当此e存在于HashMap的key中，则value将会覆盖原有value，但是key保持不变，所以如果将一个已经存在的e元素添加中HashSet中，新添加的元素是不会保存到HashMap中，所以这就满足了HashSet中元素不会重复的特性。public boolean remove(Object o) { return map.remove(o)==PRESENT;}remove如果指定元素存在于此 set 中，则将其移除。底层使用HashMap的remove方法删除指定的Entry。public void clear() { map.clear();}clear从此 set 中移除所有元素。底层调用HashMap的clear方法清除所有的Entry。public Object clone() { try { HashSet newSet = (HashSet) super.clone(); newSet.map = (HashMap) map.clone(); return newSet; } catch (CloneNotSupportedException e) { throw new InternalError(); } }clone返回此 HashSet 实例的浅表副本：并没有复制这些元素本身。后记：由于HashSet底层使用了HashMap实现，使其的实现过程变得非常简单，如果你对HashMap比较了解，那么HashSet简直是小菜一碟。有两个方法对HashMap和HashSet而言是非常重要的，下篇将详细讲解hashcode和equals。TreeSet与HashSet是基于HashMap实现一样，TreeSet同样是基于TreeMap实现的。在《Java提高篇（二七）-----TreeMap》中LZ详细讲解了TreeMap实现机制，如果客官详情看了这篇博文或者多TreeMap有比较详细的了解，那么TreeSet的实现对您是喝口水那么简单。TreeSet定义我们知道TreeMap是一个有序的二叉树，那么同理TreeSet同样也是一个有序的，它的作用是提供有序的Set集合。通过源码我们知道TreeSet基础AbstractSet，实现NavigableSet、Cloneable、Serializable接口。其中AbstractSet提供 Set 接口的骨干实现，从而最大限度地减少了实现此接口所需的工作。NavigableSet是扩展的 SortedSet，具有了为给定搜索目标报告最接近匹配项的导航方法，这就意味着它支持一系列的导航方法。比如查找与指定目标最匹配项。Cloneable支持克隆，Serializable支持序列化。public class TreeSet extends AbstractSet implements NavigableSet, Cloneable, java.io.Serializable同时在TreeSet中定义了如下几个变量。private transient NavigableMap m;//PRESENT会被当做Map的value与key构建成键值对 private static final Object PRESENT = new Object();其构造方法：//默认构造方法，根据其元素的自然顺序进行排序public TreeSet() { this(new TreeMap());}//构造一个包含指定 collection 元素的新 TreeSet，它按照其元素的自然顺序进行排序。public TreeSet(Comparator comparator) { this(new TreeMap(comparator));}//构造一个新的空 TreeSet，它根据指定比较器进行排序。public TreeSet(Collection c) { this(); addAll(c);}//构造一个与指定有序 set 具有相同映射关系和相同排序的新 TreeSet。public TreeSet(SortedSet s) { this(s.comparator()); addAll(s);}TreeSet(NavigableMap m) { this.m = m;}二、TreeSet主要方法1、add：将指定的元素添加到此 set（如果该元素尚未存在于 set 中）。public boolean add(E e) { return m.put(e, PRESENT)==null; }public V put(K key, V value) { Entry t = root; if (t == null) { //空树时，判断节点是否为空 compare(key, key); // type (and possibly null) check root = new Entry(key, value, null); size = 1; modCount++; return null; } int cmp; Entry parent; // split comparator and comparable paths Comparator cpr = comparator; //非空树，根据传入比较器进行节点的插入位置查找 if (cpr != null) { do { parent = t; //节点比根节点小，则找左子树，否则找右子树 cmp = cpr.compare(key, t.key); if (cmp 0) t = t.right; //如果key的比较返回值相等，直接更新值（一般compareto相等时equals方法也相等） else return t.setValue(value); } while (t != null); } else { //如果没有传入比较器，则按照自然排序 if (key == null) throw new NullPointerException(); @SuppressWarnings("unchecked") Comparable k = (Comparable) key; do { parent = t; cmp = k.compareTo(t.key); if (cmp 0) t = t.right; else return t.setValue(value); } while (t != null); } //查找的节点为空，直接插入，默认为红节点 Entry e = new Entry(key, value, parent); if (cmp2、get：获取元素public V get(Object key) { Entry p = getEntry(key); return (p==null ? null : p.value);}该方法与put的流程类似，只不过是把插入换成了查找3、ceiling：返回此 set 中大于等于给定元素的最小元素；如果不存在这样的元素，则返回 null。public E ceiling(E e) { return m.ceilingKey(e); }4、clear：移除此 set 中的所有元素。public void clear() { m.clear(); }5、clone：返回 TreeSet 实例的浅表副本。属于浅拷贝。public Object clone() { TreeSet clone = null; try { clone = (TreeSet) super.clone(); } catch (CloneNotSupportedException e) { throw new InternalError(); } clone.m = new TreeMap(m); return clone; }6、comparator：返回对此 set 中的元素进行排序的比较器；如果此 set 使用其元素的自然顺序，则返回 null。public Comparator comparator() { return m.comparator(); }7、contains：如果此 set 包含指定的元素，则返回 true。public boolean contains(Object o) { return m.containsKey(o); }8、descendingIterator：返回在此 set 元素上按降序进行迭代的迭代器。public Iterator descendingIterator() { return m.descendingKeySet().iterator(); }9、descendingSet：返回此 set 中所包含元素的逆序视图。public NavigableSet descendingSet() { return new TreeSet(m.descendingMap()); }10、first：返回此 set 中当前第一个（最低）元素。public E first() { return m.firstKey(); }11、floor：返回此 set 中小于等于给定元素的最大元素；如果不存在这样的元素，则返回 null。public E floor(E e) { return m.floorKey(e); }12、headSet：返回此 set 的部分视图，其元素严格小于 toElement。public SortedSet headSet(E toElement) { return headSet(toElement, false); }13、higher：返回此 set 中严格大于给定元素的最小元素；如果不存在这样的元素，则返回 null。public E higher(E e) { return m.higherKey(e); }14、isEmpty：如果此 set 不包含任何元素，则返回 true。public boolean isEmpty() { return m.isEmpty(); }15、iterator：返回在此 set 中的元素上按升序进行迭代的迭代器。public Iterator iterator() { return m.navigableKeySet().iterator(); }16、last：返回此 set 中当前最后一个（最高）元素。public E last() { return m.lastKey(); }17、lower：返回此 set 中严格小于给定元素的最大元素；如果不存在这样的元素，则返回 null。public E lower(E e) { return m.lowerKey(e); }18、pollFirst：获取并移除第一个（最低）元素；如果此 set 为空，则返回 null。public E pollFirst() { Map.Entry e = m.pollFirstEntry(); return (e == null) ? null : e.getKey(); }19、pollLast：获取并移除最后一个（最高）元素；如果此 set 为空，则返回 null。public E pollLast() { Map.Entry e = m.pollLastEntry(); return (e == null) ? null : e.getKey(); }20、remove：将指定的元素从 set 中移除（如果该元素存在于此 set 中）。public boolean remove(Object o) { return m.remove(o)==PRESENT; }该方法与put类似，只不过把插入换成了删除，并且要进行删除后调整21、size：返回 set 中的元素数（set 的容量）。public int size() { return m.size(); }22、subSet：返回此 set 的部分视图/** * 返回此 set 的部分视图，其元素范围从 fromElement 到 toElement。 */ public NavigableSet subSet(E fromElement, boolean fromInclusive, E toElement, boolean toInclusive) { return new TreeSet(m.subMap(fromElement, fromInclusive, toElement, toInclusive)); } /** * 返回此 set 的部分视图，其元素从 fromElement（包括）到 toElement（不包括）。 */ public SortedSet subSet(E fromElement, E toElement) { return subSet(fromElement, true, toElement, false); }23、tailSet：返回此 set 的部分视图/** * 返回此 set 的部分视图，其元素大于（或等于，如果 inclusive 为 true）fromElement。 */ public NavigableSet tailSet(E fromElement, boolean inclusive) { return new TreeSet(m.tailMap(fromElement, inclusive)); } /** * 返回此 set 的部分视图，其元素大于等于 fromElement。 */ public SortedSet tailSet(E fromElement) { return tailSet(fromElement, true); }最后由于TreeSet是基于TreeMap实现的，所以如果我们对treeMap有了一定的了解，对TreeSet那是小菜一碟，我们从TreeSet中的源码可以看出，其实现过程非常简单，几乎所有的方法实现全部都是基于TreeMap的。LinkedHashSetLinkedHashSet内部是如何工作的LinkedHashSet是HashSet的一个“扩展版本”，HashSet并不管什么顺序，不同的是LinkedHashSet会维护“插入顺序”。HashSet内部使用HashMap对象来存储它的元素，而LinkedHashSet内部使用LinkedHashMap对象来存储和处理它的元素。这篇文章，我们将会看到LinkedHashSet内部是如何运作的及如何维护插入顺序的。我们首先着眼LinkedHashSet的构造函数。在LinkedHashSet类中一共有4个构造函数。这些构造函数都只是简单地调用父类构造函数（如HashSet类的构造函数）。 下面看看LinkedHashSet的构造函数是如何定义的。//Constructor - 1public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor){ super(initialCapacity, loadFactor, true); //Calling super class constructor}//Constructor - 2public LinkedHashSet(int initialCapacity){ super(initialCapacity, .75f, true); //Calling super class constructor}//Constructor - 3public LinkedHashSet(){ super(16, .75f, true); //Calling super class constructor}//Constructor - 4public LinkedHashSet(Collection c){ super(Math.max(2*c.size(), 11), .75f, true); //Calling super class constructor addAll(c);}在上面的代码片段中，你可能注意到4个构造函数调用的是同一个父类的构造函数。这个构造函数（父类的，译者注）是一个包内私有构造函数（见下面的代码，HashSet的构造函数没有使用public公开，译者注），它只能被LinkedHashSet使用。这个构造函数需要初始容量，负载因子和一个boolean类型的哑值（没有什么用处的参数，作为标记，译者注）等参数。这个哑参数只是用来区别这个构造函数与HashSet的其他拥有初始容量和负载因子参数的构造函数，下面是这个构造函数的定义，HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy){ map = new LinkedHashMap(initialCapacity, loadFactor);}显然，这个构造函数内部初始化了一个LinkedHashMap对象，这个对象恰好被LinkedHashSet用来存储它的元素。LinkedHashSet并没有自己的方法，所有的方法都继承自它的父类HashSet，因此，对LinkedHashSet的所有操作方式就好像对HashSet操作一样。唯一的不同是内部使用不同的对象去存储元素。在HashSet中，插入的元素是被当做HashMap的键来保存的，而在LinkedHashSet中被看作是LinkedHashMap的键。这些键对应的值都是常量PRESENT（PRESENT是HashSet的静态成员变量，译者注）。LinkedHashSet是如何维护插入顺序的LinkedHashSet使用LinkedHashMap对象来存储它的元素，插入到LinkedHashSet中的元素实际上是被当作LinkedHashMap的键保存起来的。LinkedHashMap的每一个键值对都是通过内部的静态类Entry实例化的。这个 Entry类继承了HashMap.Entry类。这个静态类增加了两个成员变量，before和after来维护LinkedHasMap元素的插入顺序。这两个成员变量分别指向前一个和后一个元素，这让LinkedHashMap也有类似双向链表的表现。private static class Entry extends HashMap.Entry{ // These fields comprise the doubly linked list used for iteration. Entry before, after; Entry(int hash, K key, V value, HashMap.Entry next) { super(hash, key, value, next); }}从上面代码看到的LinkedHashMap内部类的前面两个成员变量——before和after负责维护LinkedHashSet的插入顺序。LinkedHashMap定义的成员变量header保存的是 这个双向链表的头节点。header的定义就像下面这样，接下来看一个例子就知道LinkedHashSet内部是如何工作的了。public class LinkedHashSetExample{ public static void main(String[] args) { //Creating LinkedHashSet LinkedHashSet set = new LinkedHashSet(); //Adding elements to LinkedHashSet set.add("BLUE"); set.add("RED"); set.add("GREEN"); set.add("BLACK"); }}下面的图片展示了这个程序是如何运行的。如果你知道LinkedHashMap内部是如何工作的，就非常容易明白LinkedHashSet内部是如何工作的。看一遍LinkedHashSet和LinkedHashMap的源码， 你就能够准确地理解在Java中LinkedHashSet内部是如何工作的。一位阿里 Java 工程师的技术小站。作者黄小斜，专注 Java 相关技术：SSM、SpringBoot、MySQL、分布式、中间件、集群、Linux、网络、多线程，偶尔讲点Docker、ELK，同时也分享技术干货和学习经验，致力于Java全栈开发！（关注公众号后回复”资料“即可领取 3T 免费技术学习资源以及我我原创的程序员校招指南、Java学习指南等资源）