java集合类源码分析之Set

Set集合与List一样，都是继承自Collection接口，常用的实现类有HashSet和TreeSet。值得注意的是，HashSet是通过HashMap来实现的而TreeSet是通过TreeMap来实现的，所以HashSet和TreeSet都没有自己的数据结构，具体可以归纳如下：

• Set集合中的元素不能重复，即元素唯一
• HashSet按元素的哈希值存储，所以是无序的，并且最多允许一个null对象
• TreeSet按元素的大小存储，所以是有序的，并且不允许null对象
• Set集合没有get方法，所以只能通过迭代器（Iterator）来遍历元素，不能随机访问

1.HashSet

下面给出HashSet的部分源码，以理解它的实现方式。

    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;

    private transient HashMap<E,Object> map;

    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
    private static final Object PRESENT = new Object();

 观察源码，我们知道HashSet的数据是存储在HashMap的实例对象map中的，并且对应于map中的key，而Object类型的引用PRESENT则是对应于map中的value的一个虚拟值，没有实际意义。联想到HashMap的一些特性：无序存储、key值唯一等等，我们就可以很自然地理解Set集合元素不能重复以及HashSet无序存储的特性了。

下面从源代码的角度来理解HashSet的基本用法：

• 构造器（四种）

1.HashSet() 空的构造器，初始化一个空的HashMap

2.HashSet(Collection<? extends E> c) 传入一个子集c，用于初始化HashMap

3.HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) 初始化一个空的HashMap，并指定初始容量和加载因子

4.HashSet(int initialCapacity) 初始化一个空的HashMap，并指定初始容量

    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }

    public HashSet(Collection<? extends E> c) {
        map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
        addAll(c);
    }

    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
        map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }

    public HashSet(int initialCapacity) {
        map = new HashMap<>(initialCapacity);
    }

• 插入元素

1.add(E e) 插入指定元素（调用HashMap的put方法实现）

        Set<String> hashSet = new HashSet<String>();
        hashSet.add("D");
        hashSet.add("B");
        hashSet.add("C");
        hashSet.add("A");

• 查找元素

1.contains(Object o) 判断集合中是否包含指定的元素（调用HashMap的containsKey方法实现）

    public boolean contains(Object o) {
        return map.containsKey(o);
    }

2.由于HashSet的实现类中没有get方法，所以只能通过迭代器依次遍历，而不能随机访问（调用HashMap中keySet的迭代器实现）

    public Iterator<E> iterator() {
        return map.keySet().iterator();
    }

应用示例：

        Set<String> hashSet = new HashSet<String>();
        hashSet.add("D");
        hashSet.add("B");
        hashSet.add("C");
        hashSet.add("A");
        for (Iterator iterator = hashSet.iterator(); iterator.hasNext();) {
            String string = (String) iterator.next();
            System.out.print(string+" ");
        }//D A B C 

• 修改元素

由于HashMap中的key值不能修改，所以HashSet不能进行修改元素的操作

• 删除元素

1.remove(Object o) 删除指定元素（调用HashMap中的remove方法实现，返回值为true或者false）

    public boolean remove(Object o) {
        return map.remove(o)==PRESENT;
    }

2.clear() 清空元素（调用HashMap中的clear方法实现，没有返回值）

    public void clear() {
        map.clear();
    }

 

2.TreeSet

 TreeSet是SortedSet接口的唯一实现类。前面说过，TreeSet没有自己的数据结构而是通过TreeMap实现的，所以TreeSet也是基于红黑二叉树的一种存储结构，所以TreeSet不允许null对象，并且是有序存储的（默认升序）。

    private transient NavigableMap<E,Object> m;

    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
    private static final Object PRESENT = new Object();

上述源代码中的NavigableMap是继承自SrotedMap的一个接口，其实现类为TreeMap，因此TreeSet中的数据是通过TreeMap来存储的，此处的PRESENT也是没有实际意义的虚拟值。

下面从源代码的角度来理解HashSet的基本用法：

• 构造器（四种）

1.TreeSet() 空的构造器，初始化一个空的TreeMap，默认升序排列

2.TreeSet(Comparator<? super E> comparator) 传入一个自定义的比较器，常常用于实现降序排列

3.TreeSet(Collection<? extends E> c) 传入一个子集c，用于初始化TreeMap对象，默认升序

4.TreeSet(SortedSet<E> s) 传入一个有序的子集s，用于初始化TreeMap对象，采用子集的比较器

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

    public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
        this(new TreeMap<>(comparator));
    }

    public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

    public TreeSet(SortedSet<E> s) {
        this(s.comparator());
        addAll(s);
    }

 应用示例：

        //自定义一个比较器，实现降序排列
        Set<Integer> treeSet = new TreeSet<Integer>(new Comparator<Integer>() {

            @Override
            public int compare(Integer o1, Integer o2) {
//                return 0;        //默认升序
                return o2.compareTo(o1);//降序
            }
        });
        treeSet.add(200);
        treeSet.add(120);
        treeSet.add(150);
        treeSet.add(110);
        for (Iterator iterator = treeSet.iterator(); iterator.hasNext();) {
            Integer integer = (Integer) iterator.next();
            System.out.print(integer+" ");
        }    //200 150 120 110 

        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        list.add(300);
        list.add(120);
        list.add(100);
        list.add(150);
        System.out.println(list); //[300, 120, 100, 150]
        
        //传入一个子集，默认升序排列
        TreeSet<Integer> treeSet = new TreeSet<Integer>(list);
        for (Iterator iterator = treeSet.iterator(); iterator.hasNext();) {
            Integer integer = (Integer) iterator.next();
            System.out.print(integer+" ");
        }//100 120 150 300 

        /*
         * 传入一个有序的子集，采用子集的比较器
         *     注意子集的类型必须是SortedSet及其子类或者实现类，否则将采用默认的比较器
         *     所以此处subSet的类型也可以是TreeSet。
         */
        
        SortedSet<Integer> subSet = new TreeSet<Integer>(new Comparator<Integer>() {

            @Override
            public int compare(Integer o1, Integer o2) {
//                return 0;        //默认升序
                return o2.compareTo(o1);//降序
            }
        });
        subSet.add(200);
        subSet.add(120);
        subSet.add(150);
        subSet.add(110);
        for (Iterator iterator = subSet.iterator(); iterator.hasNext();) {
            Integer integer = (Integer) iterator.next();
            System.out.print(integer+" ");
        }    //200 150 120 110 
        
        System.out.println();
        Set<Integer> treeSet = new TreeSet<Integer>(subSet);
        for (Iterator iterator = treeSet.iterator(); iterator.hasNext();) {
            Integer integer = (Integer) iterator.next();
            System.out.print(integer+" ");
        }//200 150 120 110 
        
        System.out.println();
        treeSet.add(500);
        treeSet.add(100);
        treeSet.add(105);
        for (Iterator iterator = treeSet.iterator(); iterator.hasNext();) {
            Integer integer = (Integer) iterator.next();
            System.out.print(integer+" ");
        }//500 200 150 120 110 105 100 

•  插入元素

 1.add(E e) 插入指定的元素（调用TreeMap的put方法实现）

2.addAll(Collection<? extends E> c) 插入一个子集c

        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        list.add(300);
        list.add(120);
        list.add(100);
        list.add(150);
        System.out.println(list); //[300, 120, 100, 150]
        
        Set<Integer> treeSet  = new TreeSet<Integer>();
        
        //插入一个子集，默认升序
        treeSet.addAll(list);
        for (Iterator iterator = treeSet.iterator(); iterator.hasNext();) {
            Integer integer = (Integer) iterator.next();
            System.out.print(integer+" ");
        }//100 120 150 300 

• 查找元素

1.contains(Object o)  判断集合中是否包含指定对象（调用TreeMap的containsKey方法实现）

2.与HashSet一样，TreeSet的实现类中没有get方法，所以只能通过迭代器依次遍历，而不能随机访问（调用TreeMap中keySet的迭代器实现）。

• 修改元素

TreeSet不能进行修改元素的操作，原因与HashSet一样。

• 删除元素

1.remove(Object o) 删除指定元素（调用TreeMap中的remove方法实现，返回true或者false）

    public boolean remove(Object o) {
        return m.remove(o)==PRESENT;
    }

2.clear() 清空元素（调用TreeMap中的clear方法实现，无返回值）

    public void clear() {
        m.clear();
    }

应用示例：

        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        list.add(300);
        list.add(120);
        list.add(100);
        list.add(150);
        System.out.println(list); //[300, 120, 100, 150]
        
        Set<Integer> treeSet  = new TreeSet<Integer>();
        
        //插入一个子集，默认升序
        treeSet.addAll(list);
        for (Iterator iterator = treeSet.iterator(); iterator.hasNext();) {
            Integer integer = (Integer) iterator.next();
            System.out.print(integer+" ");
        }//100 120 150 300 
        
        System.out.println(treeSet.remove(100));//true
        for (Iterator iterator = treeSet.iterator(); iterator.hasNext();) {
            Integer integer = (Integer) iterator.next();
            System.out.print(integer+" ");
        }//120 150 300 
        
        treeSet.clear();
        System.out.println(treeSet.size());//0

 

至此，HashSet和TreeSet的存储结构及基本用法介绍完毕。