Java 容器 & 泛型(3)::HashSet、TreeSet 和 LinkedHashSet比较

一、Set回顾

一个不包括重复元素(包括可变对象)的Collection,是一种无序的集合。Set不包含满 a.equals(b) 的元素对a和b,并且最多有一个null。

泥瓦匠的记忆宫殿:

1、不允许包含相同元素

2、判断对象是否相同,根据equals方法

二、HashSet

一个按着Hash算法来存储集合中的元素,其元素值可以是NULL。它不能保证元素的排列顺序。同样,HashSet是不同步的,如果需要多线程访问它的话,可以用 Collections.synchronizedSet 方法来包装它:

Set s = Collections.synchronizedSet(new HashSet(...));
同上一节一样,用迭代器的时候,也要注意 并发修改异常ConcurrentModificationException

要注意的地方是,HashSet集合判断两个元素相等不单单是equals方法,并且必须hashCode()方法返回值也要相等。看下面的例子:

import java.util.HashSet;
 
class EuqalsObj
{
    public boolean equals(Object obj)
    {
        return true;
    }
}
 
class HashCodeObj
{
    public int hashCode()
    {
        return 1;
    }
}
 
class HashSetObj
{
    public int hashCode()
    {
        return 2;
    }
 
    public boolean equals(Object obj)
    {
        return true;
    }
}
 
public class HashSetTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        HashSet objs = new HashSet();
        objs.add(new EuqalsObj());
        objs.add(new EuqalsObj());
        objs.add(new HashCodeObj());
        objs.add(new HashCodeObj());
        objs.add(new HashSetObj());
        objs.add(new HashSetObj());
         
        System.out.println("HashSet Elements:");
        System.out.print("\t" + objs + "\n");
    }
}

Run 一下,控制台如下输出:

HashSet Elements:
    [HashCodeObj@1, HashCodeObj@1, HashSetObj@2, EuqalsObj@1471cb25, EuqalsObj@3acff49f]

泥瓦匠根据结果,一一到来。首先,排列顺序不定。

HashSetObj 类满足我们刚刚的要求,所以集合中只有一个且它的HashCode值为2。

HashCodeObj 类虽然它们HashCode值为1,但是他们不相等。(其实当HashCode值一样,这个存储位置会采用链式结构保存两个HashCodeObj对象。)

同样,EqualsObj 类他们相等,但是他们HashCode值不等,分别为1471cb25、3acff49f。

因此,用HashSet添加可变对象,要注意当对象有可能修改后和其他对象矛盾,这样我们无法从HashSet找到准确我们需要的对象。

三、LinkedHashList

HashSet的子类,也同样有HashCode值来决定元素位置。但是它使用链表维护元素的次序。记住两个字:有序

有序的妙用,复制。比如泥瓦匠实现一个HashSet无序添加,然后复制一个一样次序的HashSet来。代码如下:

package com.sedion.bysocket.collection;
 
import java.util.HashSet;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;
 
public class LinkedHashListTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        /* 复制HashSet */
        Set h1 = new HashSet<String>();
        h1.add("List");
        h1.add("Queue");
        h1.add("Set");
        h1.add("Map");
         
        System.out.println("HashSet Elements:");
        System.out.print("\t" + h1 + "\n");
         
        Set h2 = copy(h1);
        System.out.println("HashSet Elements After Copy:");
        System.out.print("\t" + h2 + "\n");
    }
     
    @SuppressWarnings({ "rawtypes", "unchecked" })
    public static Set copy(Set set)
    {
        Set setCopy = new LinkedHashSet(set);
        return setCopy;
    }
     
}

Run 一下,控制台输出:

HashSet Elements:
    [Map, Queue, Set, List]
HashSet Elements After Copy:
    [Map, Queue, Set, List]

可见,每个数据结构都有它存在的理由。

四、TreeSet

TreeSet使用树结构实现(红黑树),集合中的元素进行排序,但是添加、删除和包含的算法复杂度为O(log(n))。

举个例子吧,首先我们定义一个Bird类。(鸟是泥瓦匠最喜欢的动物)

class Bird
{
    int size;
     
    public Bird(int s)
    {
        size = s;
    }
     
    public String toString()
    {
        return size + "";
    }
 
}

然后用TreeSet添加Bird类。

public class TreeSetTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        TreeSet<Bird> bSet = new TreeSet<Bird>();
        bSet.add(new Bird(1));
        bSet.add(new Bird(3));
        bSet.add(new Bird(2));
         
        Iterator<Bird> iter = bSet.iterator();
         
        while (iter.hasNext())
        {
            Bird bird = (Bird) iter.next();
            System.out.println(bird);
        }
    }
}

Run一下,控制台输出如下:

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: Bird cannot be cast to java.lang.Comparable
    at java.util.TreeMap.compare(Unknown Source)
    at java.util.TreeMap.put(Unknown Source)
    at java.util.TreeSet.add(Unknown Source)
    at com.sedion.bysocket.collection.TreeSetTest.main(TreeSetTest.java:29)

答案很明显,TreeSet是排序的。所以Bird需要实现Comparable此接口。

java.lang.Comparable此接口强行对实现它的每个类的对象进行整体排序。这种排序被称为类的自然排序,类的 compareTo 方法被称为它的自然比较方法

修改Bird如下:

class Bird implements Comparable<Bird>
{
    int size;
     
    public Bird(int s)
    {
        size = s;
    }
     
    public String toString()
    {
        return size + "号鸟";
    }
 
    @Override
    public int compareTo(Bird o)
    {
        return size - o.size;
    }
     
}

再次Run一下:

1号鸟
2号鸟
3号鸟

五、性能测试比较

针对上面三种Set集合,我们对它们的Add方法进行性能测试:

import java.util.HashSet;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Random;
import java.util.TreeSet;
 
class Bird implements Comparable<Bird>
{
    int size;
     
    public Bird(int s)
    {
        size = s;
    }
     
    public String toString()
    {
        return size + "号鸟";
    }
 
    @Override
    public int compareTo(Bird o)
    {
        return size - o.size;
    }
     
}
public class Set
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Random r = new Random();
          
        HashSet<Bird> hashSet = new HashSet<Bird>();
        TreeSet<Bird> treeSet = new TreeSet<Bird>();
        LinkedHashSet<Bird> linkedSet = new LinkedHashSet<Bird>();
      
        // start time
        long startTime = System.nanoTime();
      
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
            hashSet.add(new Bird(x));
        }
        // end time
        long endTime = System.nanoTime();
        long duration = endTime - startTime;
        System.out.println("HashSet: " + duration);
      
        // start time
        startTime = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
            treeSet.add(new Bird(x));
        }
        // end time
        endTime = System.nanoTime();
        duration = endTime - startTime;
        System.out.println("TreeSet: " + duration);
      
        // start time
        startTime = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
            linkedSet.add(new Bird(x));
        }
        // end time
        endTime = System.nanoTime();
        duration = endTime - startTime;
        System.out.println("LinkedHashSet: " + duration);
    }
}

Run一下,可以在控制台中看出:

HashSet: 2610998
TreeSet: 3195378
LinkedHashSet: 2673782

可见,TreeSet因为需要进行比较,所以性能比较差。

六、总结

HashSet:equlas hashcode

LinkedHashSet:链式结构

TreeSet:比较,Comparable接口,性能较差



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