关于HashSet、LinkedHashSet和TreeSet以及Comparable和Comparator

一、HashSet和LinkedHashSet基础

1 . Set中的元素在底层存储的位置是无序的；

2 . Set中的元素是不可重复的；

String str1 = new String("abc");
String str2 = new String("abc");
//要求对象各属性值均不同。即使是new的对象，只要属性值相同，也视为重复的。如str1和str2
//因为String重写了Object的hashcode()方法，根据属性值计算hash值，因此属性值相同，hash值就相同。

3 . 因此，要求存入HashSet中的自定义对象要重写hashCode()和equal()方法，保证Set中元素的不可重复性；

当向HashSet中添加对象时，会首先调用对象的hashcode()方法，计算此对象的hash值，此hash值决定了此对象存在HashSet中的位置。若此位置之前没有对象，则该对象直接存储到此位置。若此位置已有对象，再通过equal()方法比较两个对象是否相同。若相同，后一个对象就不能再添加进去。（要求最好保证hashCode比较的结果要与equal比较的结果一致）

class Person{
int age;
String name;
//常用重写hashCode的方法(可在IDE自动生成)
public int hashCode(){
final int prime = 31;
int result = 1;
result = prime * result + age;
result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
return result;
}
}

4 . 使用哈希算法，降低了比较的复杂性，若不使用哈希算法，每次向HashSet中存入元素，都要与HashSet中已有的所有元素进行比较，过于复杂。

5 . HashSet按hash算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取和查找性能。但是不能保证元素的排列顺序。

6 . LinkedHashSet是HashSet的子类，在根据hashCode值决定元素存储位置的同时，使用链表为元素建立前向和后向索引，来维护元素的词序，这使得元素是以插入顺序保存的。

7 . 因此，LinkedHashSet的插入性能略低于HashSet，但在迭代访问Set里的全部元素时有很好的性能。

二、关于HashSet的底层实现

HashSet的底层用的是HashMap，当用户创建HashSet实例时，会为该实例创建一个HashMap类型的成员变量。对HashSet实例的操作，
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其实都是在对该HashMap成员变量操作。如下源码所示：

private transient HashMap<E,Object> map;//HashMap成员变量
private static final Object PRESENT = new Object();//map的value存放一个静态的Object常量

//构造器中初始化map
public HashSet() {
map = new HashMap<>();
}

//对HashSet的操作内部封装的都是对map的操作
//map.put()返回的是key先前对应的value，返回null，则说明先前map中没存放该k-v对，set.add成功，返回true。
//否则，返回的value为PRESENT，则set.add失败，返回false，这说明map中先前存在该k-v对。
//（实际上map中依然成功添加了该key-value对，只不过与k-v值未发生变化）
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}

//同理，HashSet的迭代器，调用的的是对应map的keySet的迭代器。HashSet中的值存放在对应map的key中。
public Iterator<E> iterator() {
return map.keySet().iterator();
}

//更多信息可查看HashSet的API

三、关于LinkedHashSet的底层实现

1 . LinkedHashSet作为HashSet的子类，并没有增加任何新的方法。只提供了四个构造方法，且内部都是调用了父类HashSet的带boolean标识符的构造方法。

//LinkedHashSet的构造方法调用父类的带标参的构造方法。
public LinkedHashSet() {
super(16, .75f, true);
}

//hashSet的带标识符参数的构造方法，该方法为对象实例化一个LinkedHashMap变量。
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}

2 . 因此，可知LinkedHashSet中的元素其实是存储在其内部的LinkedHashMap实例属性中。

四、关于TreeSet

1 . TreeSet中存储的元素会自动按大小顺序排列。String、包装类等默认按从小到大的顺序。（字符串升序）

2 . 存入TreeSet中元素会自动比较大小，因此，TreeSet中存放的元素必须是同一类型。且自定义类必须实现comparable接口或者使用TreeSet(Comparator<？ super E> comparator)构造方法传入所存放类型的外部比较器，否则向TreeSet中添加该类的对象时，会报ClassCastException（类型转换异常）。

3 . 自定义类重写comparable接口的compareTo( )方法时，可以指定按照自定义类某个属性排序。

public class People implements Comparable<People>{
private String name;
private int age;

//若在重写的compareTo()方法中只比较对象的某个属性，则只要该属性相同，程序就认为两个对象是重复的。
//因此，在compareTo()方法中一般要求比较对象的所有属性，保证compareTo()的结果与hashCode()和equal()一致。
@Override
public int compareTo(People o) {
int result = this.name.compareTo(o.name);//只比较了name属性
return result;
}

五、关于TreeSet的底层实现

1 . TreeSet内部定义了一个NavigableMap类型的接口变量。在调用构造器生成TreeSet实例时，都是实例化了一个TreeMap对象，并回调给NavigableMap接口变量。因此，TreeSet底层使用的是TreeMap来存储数据，与HashSet底层使用的是HashMap类似。

private transient NavigableMap<E,Object> m;//私有NavigableMap变量

//TreeSet的其他构造方法均在内部调用该构造方法，将TreeMap实例回调给NavigableMap接口变量
TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
this.m = m;
}

//内部调用带参构造方法
public TreeSet() {
this(new TreeMap<E,Object>());
}
//内部调用带参构造方法，TreeSet的其他构造方法都类似，具体可查看API
public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
this(new TreeMap<>(comparator));
}

六、Comparable和Comparator

Comparable可以认为是一个内比较器，一个类通过实现Comparable接口，在内部重写

compareTo()

方法，来定义如何比较该类的两个对象。

Comparator可以认为是是一个外比较器，一个类通过实现泛型接口Comparator< T >，重写

compare(T o1, T o2)

方法来定义如何比较两个 T 类的对象。实现Comparator< T >接口的类，可以认为是 T 类的一个专门的比较器类，是类 T 的一个外部比较器。

一个对象不支持自己和自己比较（没有实现Comparable接口），但是又需要对两个对象进行比较时，可以构造一个实现Comparator接口的外部比较器。比如需要将该类的对象存入Set中时。

一个对象实现了Comparable接口，但是开发者认为

compareTo()

方法中的比较方式并不是自己想要的那种比较方式，可以构造一个实现Comparator接口的外部比较器。

实现Comparable接口的方式比实现Comparator接口的耦合性要强一些，如果要修改比较算法，要修改Comparable接口的实现类，而实现Comparator的类是在外部进行比较的，不需要对实现类有任何修改。

在具体场景下选择最合适的那种比较器。