Java 集合的终极指南：揭开这个不起眼的数据结构的每一个秘密

嘿，Java 爱好者！无论您是试图找出集合存在原因的编码新手，还是身经百战的程序员想知道是否还有更多东西需要学习，本指南都适合您。我们将深入探讨 Java 中 Set 的所有内容，从其核心目的到复杂的工作原理。系好安全带！

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什么是集合？

首先要做的事情是：什么是 Set，我们为什么要关心？从本质上讲，Set 是一个不能包含重复元素的集合。换句话说，集合中的每个项目都与您的自定义模因集合一样独特。

为什么要使用一套？

想象一下，您的任务是为聚会创建宾客名单。您要确保没有人收到两次邀请（因为这很尴尬）。 进入集合。对于 Set，Java 自动确保所有元素都是不同的。它非常适合需要独特性的情况。

集合的特征

• 不允许重复：Set 最重要的特征是它从不允许重复元素。添加一个已经存在的元素？ Java 礼貌地拒绝（不像你的老板有更多的工作）。

• 无序（通常）：集合与列表不同，不关心插入顺序。只要保持独特性，他们就会很高兴。

• Null 处理 ：某些 Set 允许 null 作为元素，但仅限一次。

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Java 中的集合类型

现在我们知道了 Set 的作用，让我们看看 Java 提供了哪些类型的 Set：

1. 哈希集
   • 目的：大多数用例的首选设置。

• 特性：在 HashMap 的支持下，HashSet 可以快速高效地检查元素是否存在（大多数操作的时间复杂度为 O(1)）。

• 内存布局：在底层使用哈希表，其中基于哈希函数存储元素。

• 允许空值吗？：可以，但只能有一个。

• 代码示例 :
  

Set<String> hashSet = new HashSet<>();
hashSet.add("Apple");
hashSet.add("Banana");
hashSet.add("Apple"); // This will be ignored
System.out.println(hashSet); // Output: [Apple, Banana]

1. LinkedHashSet
   • 用途：如果您需要一个维护插入顺序的 Set。

• 特性：HashSet 和 LinkedList 的混合体。

• 内存布局

  ：使用哈希表和双向链表来维护顺序。

• 代码示例

  :

Set<String> hashSet = new HashSet<>();
hashSet.add("Apple");
hashSet.add("Banana");
hashSet.add("Apple"); // This will be ignored
System.out.println(hashSet); // Output: [Apple, Banana]

1. 树集
   • 用途：以排序顺序存储元素的Set。

• 特点：实现NavigableSet，使用红黑树进行存储。

• 内存布局：平衡的树结构。

• 代码示例 :
  

Set<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();
linkedHashSet.add("Apple");
linkedHashSet.add("Banana");
linkedHashSet.add("Orange");
System.out.println(linkedHashSet); // Output: [Apple, Banana, Orange]

哈希集如何工作？

让我们掀起引擎盖看看里面。 HashSet 使用 哈希表 进行存储，其中每个元素根据其哈希码分配一个存储桶。添加元素时会发生以下情况：

1. 哈希码计算 ：Java 调用 hashCode() 方法获取元素的哈希码。

2. 桶确定 ：将哈希码映射到桶（数组索引）。

3. 碰撞处理：如果存储桶已经被占用（碰撞），Java 使用 chaining（较新的 Java 版本中的链表或平衡树）来管理中的多个元素同一个桶。
   HashSet结构图：
   

Set<Integer> treeSet = new TreeSet<>();
treeSet.add(42);
treeSet.add(10);
treeSet.add(25);
System.out.println(treeSet); // Output: [10, 25, 42]

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使用集合的技巧

如果您知道正确的技巧，使用集合会很有趣：

1. 两个集合的并集：

[0] -> [Apple] -> [Banana] 
[1] -> [Grapes]
[2] -> [null]
[3] -> [Orange]
...

1. 两个集合的交集：

Set<Integer> set1 = new HashSet<>(Arrays.asList(1, 2, 3));
Set<Integer> set2 = new HashSet<>(Arrays.asList(3, 4, 5));
set1.addAll(set2);
System.out.println(set1); // Output: [1, 2, 3, 4, 5]

1. 各组之间的差异：

Set<Integer> set1 = new HashSet<>(Arrays.asList(1, 2, 3));
Set<Integer> set2 = new HashSet<>(Arrays.asList(3, 4, 5));
set1.retainAll(set2);
System.out.println(set1); // Output: [3]

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何时使用套装？

常见场景：

• 确保应用程序中唯一的用户名。

• 在网络爬虫中跟踪 访问过的页面。

• 维护独特的项目集合（例如，选举中的独特选民）。
  需要考虑的危险信号：

• 如果您需要通过索引访问元素，Set 不是您的朋友。请改用列表。

• 如果您需要重复项（例如，计算项目的出现次数），请考虑列表或地图。

Set 接口中的方法

这是最常用方法的备忘单：

• add(E e) ：如果元素尚不存在，则添加该元素。

• remove(Object o) ：删除指定元素（如果存在）。

• contains(Object o) ：检查某个元素是否在 Set 中。

• size() ：返回元素的数量。

• clear() ：删除所有元素。

• isEmpty() ：检查 Set 是否为空。

• iterator() ：返回元素上的迭代器。

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先进的技术和技巧

1. 集合中的自定义对象： 始终重写自定义对象的 equals() 和 hashCode() 以确保 Set 的行为符合预期。

Set<String> hashSet = new HashSet<>();
hashSet.add("Apple");
hashSet.add("Banana");
hashSet.add("Apple"); // This will be ignored
System.out.println(hashSet); // Output: [Apple, Banana]

1. 并发集 :
   使用 ConcurrentHashMap.newKeySet() 或 CopyOnWriteArraySet 进行线程安全操作。

2. 不可变集 :
   使用 Collections.unmodifyingSet() 或 Set.of() 创建只读集。
   

Set<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();
linkedHashSet.add("Apple");
linkedHashSet.add("Banana");
linkedHashSet.add("Orange");
System.out.println(linkedHashSet); // Output: [Apple, Banana, Orange]

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性能考虑因素

HashSet 是大多数任务的最佳选择，因为它在添加、删除和检查元素方面具有 O(1) 性能。 TreeSet 具有较高的成本 (O(log n))，但增加了自然排序的好处。 LinkedHashSet 给出了可预测的迭代顺序，并且开销很小。

识别适合 Set 的问题

认识问题类型 :

• 唯一性检查（例如，查找文档中的唯一单词）。

• 设置操作（例如，查找用户之间的共同好友）。

• 快速查找，不重复（例如，在恒定时间内检查元素是否存在）。

最后的想法

虽然集合可能不像列表那样迷人，也不像地图那样神秘，但它们在有效维护唯一集合方面发挥着至关重要的作用。他们是无名英雄，可确保您的数据保持干净和独特，使您免于那些可能导致意外结果的讨厌的重复。无论您是在优化算法、确保数据完整性，还是只是尝试选择一个的结构只是有效，从内到外理解集合将使您成为更强大的开发人员。因此，充满信心地继续编码，知道您已经释放了强大集合的真正潜力！

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这是一个包装，伙计们！

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