Java Set接口

      一、Set接口的層級結構
       1、特點
       2、層級關係
       二、HashSet
      1、數據結構:哈希表
      2、保證元素唯一性
      3、HashSet添加、刪除、包含判斷依據
      三、TreeSet
      1、TreeSet的介紹
      2、TreeSet存儲自定義對象
      3、數據結構：二叉樹(紅黑樹)
      4、比較器
      5、保證元素唯一性

一、Lis接口的層級結構

1、特點
Set是無序，不可重複的集合。Set集合與Collection基本相似，它沒有提供額外的方法，可以說Set就是一個Collection 。

注意: 無序指的是:元素的存入和取出的順序不一定一致

2、層級結構

Collection
    |-- Set ： 元素時無序的，元素不可以重複。 
       |-- HashSet: 底層數據結構是哈希表，線程是非同步的。
       | --TreeSet:  底層數據結構是二叉樹，可以對Set集合中的元素進行排序

二、HashSet
1、數據結構: 哈希表
Hash是一種數據結構，用戶查找對象。Hash爲每一個對象計算出一個整數，稱爲Hash Code(哈希值)。哈希表是按照哈希值來存的。當我們添加元素時，哈希值是一樣的，這時候，會進行是否是同一對象判斷equals，如果不是同一對象，那麼會在當前對象下順延(串下來的)。
哈希表是一個鏈接式列表的陣列。每一個列表稱爲一個buckets(哈希表元)。對象位置的計算index=HashCode%buckets。

如何查看哈希值？

Demo d1 = new Demo();
System.out.println(obj); 
輸出: Demo@15db9742

爲什麼是輸出Demo@15db9742這樣的格式？
我們看下Object中的public String toString()方法的實現
Object 類的 toString 方法返回一個字符串，該字符串由類名（對象是該類的一個實例）、at 標記符“@”和此對象哈希碼的無符號十六進制表示組成。換句話說，該方法返回一個字符串，它的值等於：

getClass().getName() + '@' + Integer.toHexString(hashCode())

所以，15db9742 就是哈希值。

1、無序不重複

	public static void main(String[] args) {
		
		HashSet<String> hs = new HashSet<String>();
		sop(hs.add("java1"));  // true
		sop(hs.add("java1")); //false
		hs.add("java2");
		
		Iterator<String> it = hs.iterator();
		while(it.hasNext()){
			sop(it.next());
		}
	}
	
	public static void sop(Object obj){
		System.out.println(obj);
	}

運行結果

true
false
java2
java1     
哈希值一樣，同一對象。添加失敗。存入和取出順序不一致。

2.保證元素唯一性
HashSet是如何保證元素的唯一性呢？
是通過元素的兩個方法，hashCode和equals方法來完成的。
先計算哈希值。
( 1 ) 如果元素的hashCode值不同，不會調用equals，添加成功
( 2 ) 如果元素的hashCode值相同，纔會判斷equals是否爲true，爲true添加失敗
所以，當我們自定義對象的時候，一般要複寫hashcode和equals方法，因爲自定義對象可能要存放到hashSet集合中。還有，複寫hashCode要儘量保證哈希值的唯一性，一般根據判斷條件生成。
注意：複寫的原則。
下面看一例子: hashSet存自定義對象Person，當姓名和年齡一致，元素重複。

	public static void main(String[] args) {
	    HashSet<Person> hs = new HashSet<Person>();
		hs.add(new Person("a1", 11));
		hs.add(new Person("a2", 22));
		hs.add(new Person("a3", 33));
		hs.add(new Person("a3", 33));
		Iterator<Person> it = hs.iterator();
		while(it.hasNext()){
			Personperson = (Person)it.next();
			sop(person.getName()+"::"+person.getAge());
		}
		
		//重寫了equals，沒重寫hashcode方法。發現equals發現沒被調用，而且都存入成功。說明計算得到是不同的哈希值。
		// 鑑於需求，我們需要去重。說明，我們需要覆蓋hashcode方法，建立自己的哈希值。
		// 哈希值的生成根據判斷條件
		// 重寫hashcode方法，發現，去重成功了。而且equals方法運行了。
}
class Person{
	private String name;
	private int age;
	public Person(String n,int a){
		this.name = n;
		this.age = a;
	}
	
	public String getName(){
		return this.name;
	}
	
	public int getAge(){
		return this.age;
	}
	
	public boolean equals(Object obj){
		if(!(obj instanceof Person))
			return false;
		Personp = (Person)obj;
		System.out.println(this.name+"...."+this.age);
		return this.name.equals(p.getName()) && this.age == p.getAge();
	}
	
	public int hashCode()
	{
		System.out.println(this.name+"...hashcode");
		//return 60; 會有很多重複比較
		return this.name.hashCode()+this.age*13;
	}

3、HashSet添加、刪除、包含判斷依據
添加前面說了。

hs.remove(new Person("a1", 11));
hs.contains(new Person("a2", 12));

刪除：先計算對象new Person("a1", 11)的哈希值，如果哈希值不存在，刪除失敗。如果哈希值存在，調用equals方法，找到對象並刪除對象。
包含：先計算對象的哈希值。如果哈希值存在，調用equals方法，返回結果。如果不存在，直接返回false。

總結：HashSet對於判斷元素是否存在以及刪除等操作依賴的方法是元素的hashcode和equals方法。同理，ArrayList判斷元素是否存在以及刪除等操作，只依賴元素的equals方法。原因其實也很簡單，跟數據結構有關。數據結構不同，依賴的方法不一樣。

三、TreeSet

1、TreeSet的介紹
TreeSet是SortedSet接口的唯一實現，可以確保集合元素處於排序狀態。TreeSet支持兩種排序方式：自然排序和定製排序，默認情況下采用自然排序。
下面看一例子:

   public static void main(String[] args) {
   	TreeSet<String> ts = new TreeSet<String>();
   	ts.add("dsa");
   	ts.add("abc");
   	ts.add("a");
   	Iterator<String> it = ts.iterator();
   	while(it.hasNext()){
   		System.out.println(it.next());
   	}
   }

輸出結果:

a
abc
dsa

變換上面add方法的添加順序，你會發現，輸出結果始終不變。

分析：Java提供了一個Compare接口，該接口定義了一個compareTo(Object obj) 方法，該方法返回一個整數值。實現該接口的類就必須實現該方法，實現了該接口的對象就可以比較大小。換句話說，無論你是自定義對象還是系統定義對象，你想放進TreeSet集合，你就必須實現Compareable接口中的compareTo(Object obj) 方法。上述集合添加的元素爲String對象。String就實現了Compareable接口。總歸來說： TreeSet要排序，就要讓元素自身具備比較性。元素需要實現Comparable接口，覆蓋CompareTo方法。

大部分類在實現compareTo(Object obj) 方法,都需要將比較對象obj強制轉化成相同類型，因爲只有相同類的兩個實例才能比較大小。當試圖把一個對象添加到TreeSet中，TreeSet會調用該對象的compareTo(Object obj) 方法與集合中其他元素進行比較。如果不是同一類元素，會發生ClassCastException(類型轉換)異常。當一個對象調用另一個對象進行比較時，例如obj1.compareTo(obj2),如果該方法放回0，則表明兩個對象相等，如果該方法返回一個正整數，表明obj1大於obj2，如果返回一個負整數，表明obj1小於obj2.

2、TreeSet存儲自定義對象
需求：往TreeSet集合中存自定義對象學生，想按照學生的年齡進行排序。
分析：年齡一樣，姓名不同的情況要考慮！！！

	public static void main(String[] args) {
		
		TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>();
		ts.add(new Student("a1",11));
		ts.add(new Student("a2",12));
		ts.add(new Student("a3",13));
		ts.add(new Student("a2",13));
		Iterator<Student> it = ts.iterator();
		while(it.hasNext()){
			System.out.println(it.next());
		}
}

// TrteeSet中的元素要具備比較性，需要實現Comparable接口，實現compareTo方法
class Student implements  Comparable<Student>
{
	private String name;
	private int age;
	public Student(String n,int a){
		this.name = n;
		this.age = a;
	}
	public int compareTo(Student obj){
	/*
		if(this.age > obj.age){
			return 1;
		//如果年齡一樣，不繼續判斷姓名。同年齡不同姓名的元素就存不進去了。
		}else(this.age == obj.age){
			return this.name.compareTo(obj.name);
		}
		return -1;
	*/
	// 下面是優化後的代碼
	int num = new Integer(this.age).compareTo(new Integer(obj.age));
		if(num == 0){
		   return this.name.compareTo(obj.name);
		}
		return num;
	}
	public String toString(){
		return this.name+"::"+this.age;
	}
}

注意: 排序時，當主要條件相同時，一定要判斷次要條件。

3、數據結構：二叉樹

既然TreeSet是有序的，那麼如何確定元素的位置呢？

		public static void main(String[] args) {
		TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>();
		ts.add(new Student("lisi02",22));
		ts.add(new Student("lisi007",20));
		ts.add(new Student("lisi09",19));
		ts.add(new Student("lisi08",19));
		ts.add(new Student("lisi11",40));
		ts.add(new Student("lisi16",30));
		ts.add(new Student("lisi10",29));
		ts.add(new Student("lisi22",90));
		ts.add(new Student("lisi007",20));

      	Iterator<Student> it = ts.iterator();
		while(it.hasNext()){
			System.out.println(it.next());
		}
		}

輸出結果如下：

li09::19
lisi08::19
li007::20
lisi007::20
lisi02::22
lisi10::29
lisi16::30
lisi11::40
lisi22::90

轉化成圖標結構如下(原則：小的放右邊，大的放左邊)：

分析：從中我們可以看出，當對象ts.add(new Student("lisi11",40));被添加時候，現與對象new Student("lisi12",20)對比，發現年齡比22大。左邊的都不用對比了。節省了比較次數，提高了性能。二叉樹到元素一多以後，會自動去折中值先進行比較，從中間向兩邊散發。

注意：在TreeSet集合比較對象，它只看Compare結果。 如果，你始終將CompareTo返回值爲1，意思就是怎麼存進去，怎麼取出來；返回-1，就是逆序；返回0，只存進一個元素。

4、比較器 compator
如果一個類不能用於實現 java.lang.Comparable或者不喜歡默認的comparable行爲(改寫系統對象)，提供自己的排序順序，我們可以實現Comparator接口來定義一個比較器。
TreeSet的構造方法有如下：

我舉一個例子: 字符串根據長度排序。字符串自己實現了Comparable接口，但是並不滿足我們的需求。因此，我們需要自定義比較器。

//自定義比較器
class StrLengthCompare implements Comparator<String>
{	
	public int compare(String obj1,String obj2){
		int num = new Integer(obj1.length()).compareTo(new Integer(obj2.length()));
		if(num == 0){
			return obj1.compareTo(obj2);
		}
		return num;
	}
}
//main方法如下
	public static void main(String[] args) {
		
		TreeSet<String> ts = new TreeSet<String>(new StrLengthCompare());
        ts.add("abcd");
        ts.add("cc");
        ts.add("cba");
        ts.add("z");
        ts.add("helloofa");
        
        Iterator<String> it = ts.iterator();
        while(it.hasNext()){
        	System.out.println(it.next());
        }
       }

5、保證元素唯一性
保證元素唯一性的一句：conpareTo方法return0。

注意：
無論是comparable接口的compareTo方法，還是自定義類去實現compator接口的compare方法，當返回值爲0的時候，僅僅是表示兩個對象在同一位置。對於TreeSet而言，判斷兩個對象不相等的標準是兩個對象通過equals方法比較返回false或者通過compareTo(object obj)比較沒有返回爲0.即使兩個對象爲同一對象，TreeSet也會把他當成兩個對象處理。

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