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-java教程-PHP中文网

The Ultimate Guide to Sets in Java: Uncovering Every Secret of This Humble Data Structure

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！

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。

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：

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]

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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]

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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]

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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：

哈希码计算 ：Java 调用 hashCode() 方法获取元素的哈希码。
桶确定 ：将哈希码映射到桶（数组索引）。
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：

两个集合的并集：

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

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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]

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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。

先进的技术和技巧

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]

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

这是一个包装，伙计们！

以上是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的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！