Set

Java Set 集合详解

Set 是 Java 集合框架中的一个接口，继承自 Collection，它的特点是不允许存储重复元素，并且可以根据不同实现类选择是否保证元素的顺序。

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✅ 1. Set 的特点

• 不允许重复元素：如果向 Set 中添加一个已存在的元素，添加操作会被忽略。
• 无索引：不像 List，Set 不支持索引访问，只能通过迭代器或增强 for 循环遍历。
• 允许存储 null（但只能有一个 null）。
• 元素顺序不固定（具体顺序由实现类决定）。

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✅ 2. Set 的主要实现类

实现类	底层数据结构	特点
HashSet	哈希表（HashMap）	无序，增删查快（O(1)）
LinkedHashSet	哈希表 + 双向链表	有序（按插入顺序）
TreeSet	红黑树（自平衡二叉树）	有序（按自然排序或比较器排序）

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✅ 3. Set 的常用方法

Set 继承了 Collection 接口的方法，没有额外的方法，常见操作包括：

方法	作用
add(E e)	添加元素（如果存在则不添加）
remove(Object o)	删除指定元素
contains(Object o)	判断是否包含指定元素
size()	获取集合大小
isEmpty()	判断集合是否为空
clear()	清空集合
iterator()	获取迭代器

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✅ 4. HashSet 用法

HashSet 基于 哈希表 实现，不保证元素顺序，插入、删除、查找的时间复杂度 O(1)。

4.1 HashSet 示例

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class HashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> set = new HashSet<>();

        set.add("Java");
        set.add("Python");
        set.add("C++");
        set.add("Java"); // 重复元素不会被添加

        System.out.println(set); // [C++, Java, Python]（无序）
        System.out.println("是否包含 Java: " + set.contains("Java")); // true

        set.remove("Python");
        System.out.println(set); // [C++, Java]
    }
}

4.2 遍历 HashSet

// 方式 1：增强 for 循环
for (String item : set) {
    System.out.println(item);
}

// 方式 2：迭代器遍历
Iterator<String> iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

// 方式 3：Lambda 表达式
set.forEach(System.out::println);

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✅ 5. LinkedHashSet 用法

LinkedHashSet 继承自 HashSet，但它保留了元素的插入顺序。

示例

import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;

public class LinkedHashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> set = new LinkedHashSet<>();

        set.add("Java");
        set.add("Python");
        set.add("C++");

        System.out.println(set); // [Java, Python, C++]（有序）
    }
}

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✅ 6. TreeSet 用法

TreeSet 基于 红黑树 实现，保证元素按照自然顺序（默认升序）排序，增删查的时间复杂度 O(log n)。

6.1 TreeSet 示例

import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;

public class TreeSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        Set<Integer> set = new TreeSet<>();

        set.add(10);
        set.add(5);
        set.add(20);
        set.add(15);

        System.out.println(set); // [5, 10, 15, 20]（自动排序）
    }
}

6.2 自定义排序

可以使用 Comparator 来指定排序规则：

import java.util.Comparator;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;

public class CustomTreeSet {
    public static void main(String[] args) {
        // 按降序排序
        Set<Integer> set = new TreeSet<>(Comparator.reverseOrder());

        set.add(10);
        set.add(5);
        set.add(20);
        set.add(15);

        System.out.println(set); // [20, 15, 10, 5]
    }
}

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✅ 7. Set 常见问题

7.1 HashSet 为什么无序？

HashSet 基于 HashMap，元素存储在 哈希桶（Hash Bucket） 里，顺序依赖于哈希值，不会按插入顺序排列。

7.2 如何让 Set 保持顺序？

• 按插入顺序：使用 LinkedHashSet
• 按大小排序：使用 TreeSet

7.3 TreeSet 为什么不能存 null？

TreeSet 依赖 compareTo() 进行排序，而 null 不能参与比较，因此 TreeSet 不允许 null 元素。

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✅ 8. Set vs List 对比

特性	Set	List
是否允许重复	❌ 不允许	✅ 允许
是否有序	❌（HashSet）✅（LinkedHashSet、TreeSet）	✅ 保持插入顺序
是否支持索引访问	❌	✅
查询效率	✅ HashSet O(1)	❌ O(n)
插入/删除效率	✅ HashSet O(1)	❌ O(n)

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✅ 9. 总结

实现类	特点
HashSet	无序，查询快，适用于去重
LinkedHashSet	保持插入顺序
TreeSet	按自然顺序或自定义排序

如果需要唯一性 + 高效查询，使用 HashSet。
如果需要唯一性 + 顺序，使用 LinkedHashSet。
如果需要唯一性 + 排序，使用 TreeSet。