java集合类详解(五)：Set

1.1、概述
     Java 中的Set和正好和数学上直观的集（set）的概念是相同的。Set最大的特性就是不允许在其中存放的元素是重复的。根据这个特点，我们就可以使用Set 这个接口来实现前面提到的关于商品种类的存储需求。Set 可以被用来过滤在其他集合中存放的元素，从而得到一个没有包含重复新的集合。

1.2、常用方法
    按照定义，Set 接口继承 Collection 接口，而且它不允许集合中存在重复项。所有原始方法都是现成的，没有引入新方法。具体的 Set 实现类依赖添加的对象的 equals() 方法来检查等同性。
我们简单的描述一下各个方法的作用：
     public int size() ：返回set中元素的数目，如果set包含的元素数大于Integer.MAX_VALUE，返回Integer.MAX_VALUE
     public boolean isEmpty() ：如果set中不含元素，返回true
     public boolean contains(Object o) ：如果set包含指定元素，返回true
     public Iterator iterator() ：返回set中元素的迭代器, 元素返回没有特定的顺序 
     public Object[] toArray() ：返回包含set中所有元素的数组
     public Object[] toArray(Object[] a) ：返回包含set中所有元素数组，返回数组运行时类型是指定数组运行时类型
     public boolean add(Object o) ：如果set中不存在指定元素，则向set加入
     public boolean remove(Object o) ：如果set中存在指定元素，则从set中删除
     public boolean removeAll(Collection c) ：如果set包含指定集合，则从set中删除指定集合的所有元素
     public boolean containsAll(Collection c) ：如果set包含指定集合的所有元素，返回true。如果指定集合也是一个set，只有是当前set的子集时，方法返回true
     public boolean addAll(Collection c) ：如果set中中不存在指定集合的元素，则向set中加入所有元素
     public boolean retainAll(Collection c) ：只保留set中所含的指定集合的元素（可选操作）。换言之，从set中删除所有指定集合不包含的元素。 如果指定集合也是一个set，那么该操作修改set的效果是使它的值为两个set的交集
     public boolean removeAll(Collection c) ：如果set包含指定集合，则从set中删除指定集合的所有元素
     public void clear() ：从set中删除所有元素
    “集合框架” 支持 Set 接口两种普通的实现：HashSet 和 TreeSet以及LinkedHashSet。下表中是Set的常用实现类的描述：

     Set，成员不能重复           
     HashSet， 外部无序地遍历成员。成员可为任意Object子类的对象，但如果覆盖了equals方法，同时注意修改hashCode方法。
     TreeSet，外部有序地遍历成员； 附加实现了SortedSet, 支持子集等要求顺序的操作，成员要求实现Comparable接口，或者使用Comparator构造TreeSet。成员一般为同一类型。
     LinkedHashSet ，外部按成员的插入顺序遍历成员，成员与HashSet成员类似，成员可为任意Object子类的对象，但如果覆盖了equals方法，同时注意修改hashCode方法。附加实现了SortedSet, 支持子集等要求顺序的操作 成员要求实现Comparable接口，或者使用Comparator构造TreeSet。成员一般为同一类型。 外部按成员的插入顺序遍历成员 成员与HashSet成员类似

     在更多情况下，您会使用 HashSet 存储重复自由的集合。同时HashSet中也是采用了Hash算法的方式进行存取对象元素的。所以添加到 HashSet 的对象对应的类也需要采用恰当方式来实现 hashCode() 方法。虽然大多数系统类覆盖了 Object 中缺省的 hashCode() 实现，但创建您自己的要添加到 HashSet 的类时，别忘了覆盖 hashCode()。
    对于Set的使用，我们先以一个简单的例子来说明：

import java.util.*;

 

public class HashSetDemo {

   public static void main(String[] args) {

      Set set1 = new HashSet();

      if (set1.add("a")) {// 添加成功

        System.out.println("1 add true");

      }

      if (set1.add("a")) {// 添加失败

        System.out.println("2 add true");

      }

      set1.add("000");// 添加对象到Set集合中

      set1.add("111");

      set1.add("222");

      System.out.println("集合set1的大小：" + set1.size());

      System.out.println("集合set1的内容：" + set1);

      set1.remove("000");// 从集合set1中移除掉 "000" 这个对象

      System.out.println("集合set1移除 000 后的内容：" + set1);

      System.out.println("集合set1中是否包含000 ：" + set1.contains("000"));

      System.out.println("集合set1中是否包含111 ：" + set1.contains("111"));

      Set set2 = new HashSet();

      set2.add("111");

      set2.addAll(set1);// 将set1 集合中的元素全部都加到set2中

      System.out.println("集合set2的内容：" + set2);

      set2.clear();// 清空集合 set1 中的元素

      System.out.println("集合set2是否为空 ：" + set2.isEmpty());

      Iterator iterator = set1.iterator();// 得到一个迭代器

      while (iterator.hasNext()) { // 遍历

        Object element = iterator.next();

        System.out.println("iterator = " + element);

      }

      // 将集合set1转化为数组

      Object s[] = set1.toArray();

      for (int i = 0; i < s.length; i++) {

        System.out.println(s[i]);

      }

   }

}

程序执行的结果为：
1 add true
集合set1的大小：4
集合set1的内容：[222, a, 000, 111]
集合set1移除 000 后的内容：[222, a, 111]
集合set1中是否包含000 ：false
集合set1中是否包含111 ：true
集合set2的内容：[222, a, 111]
集合set2是否为空 ：true
iterator = 222
iterator = a
iterator = 111
222
a
111
从上面的这个简单的例子中，我们可以发现，Set中的方法与直接使用Collection中的方法一样。唯一需要注意的就是Set中存放的元素不能重复。
我们再看一个例子，来了解一下其它的Set的实现类的特性：
package c08;
import java.util.*;
public class SetSortExample {
  public static void main(String args[]) {
    Set set1 = new HashSet();
    Set set2 = new LinkedHashSet();
    for(int i=0;i<5;i++){
    //产生一个随机数，并将其放入Set中
    int s=(int) (Math.random()*100);
    set1.add(new Integer( s));
    set2.add(new Integer( s));
    System.out.println("第 "+i+" 次随机数产生为："+s);
    }
    System.out.println("未排序前HashSet："+set1);
    System.out.println("未排序前LinkedHashSet："+set2);
    //使用TreeSet来对另外的Set进行重构和排序
    Set sortedSet = new TreeSet(set1);
    System.out.println("排序后 TreeSet ："+sortedSet);
  }
}
该程序的一次执行结果为：
第 0 次随机数产生为：96
第 1 次随机数产生为：64
第 2 次随机数产生为：14
第 3 次随机数产生为：95
第 4 次随机数产生为：57
未排序前HashSet：[64, 96, 95, 57, 14]
未排序前LinkedHashSet：[96, 64, 14, 95, 57]
排序后 TreeSet ：[14, 57, 64, 95, 96]
从这个例子中，我们可以知道HashSet的元素存放顺序和我们添加进去时候的顺序没有任何关系，而LinkedHashSet 则保持元素的添加顺序。TreeSet则是对我们的Set中的元素进行排序存放。
一般来说，当您要从集合中以有序的方式抽取元素时，TreeSet 实现就会有用处。为了能顺利进行，添加到 TreeSet 的元素必须是可排序的。 而您同样需要对添加到TreeSet中的类对象实现 Comparable 接口的支持。对于Comparable接口的实现，在前一小节的Map中已经简单的介绍了一下。我们暂且假定一棵树知道如何保持 java.lang 包装程序器类元素的有序状态。一般说来，先把元素添加到 HashSet，再把集合转换为 TreeSet 来进行有序遍历会更快。这点和HashMap的使用非常的类似。
其实Set的实现原理是基于Map上面的。通过下面我们对Set的进一步分析大家就能更加清楚的了解这点了。

1.3、实现原理
     Java中Set的概念和数学中的集合(set)一致，都表示一个集内可以存放的元素是不能重复的。
     前面我们会发现，Set中很多实现类和Map中的一些实现类的使用上非常的相似。而且前面再讲解Map的时候，我们也提到：Map中的“键值对”，其中的“键”是不能重复的。这个和Set中的元素不能重复一致。我们以HashSet为例来分析一下，会发现其实Set利用的就是Map中“键”不能重复的特性来实现的。
      先看看HashSet中的有哪些属性：
      再结合构造函数来看看：
      通过这些方法，我们可以发现，其实HashSet的实现，全部的操作都是基于HashMap来进行的。我们看看是如何通过HashMap来保证我们的HashSet的元素不重复性的： 
      看到这个操作我们可以发现HashSet的巧妙实现：就是建立一个“键值对”，“键”就是我们要存入的对象，“值”则是一个常量。这样可以确保，我们所需要的存储的信息之是“键”。而“键”在Map中是不能重复的，这就保证了我们存入Set中的所有的元素都不重复。而判断是否添加元素成功，则是通过判断我们向Map中存入的“键值对”是否已经存在，如果存在的话，那么返回值肯定是常量：PRESENT ，表示添加失败。如果不存在，返回值就为null 表示添加成功。
我们再看看其他的方法实现：
       了解了这些后，我们就不难理解，为什么HashMap中需要注意的地方，在HashSet中也同样的需要注意。其他的Set的实现类也是差不多的原理。
       至此对于Set我们就应该能够比较好的理解了。