Java进阶之单列集合Set接口下的通用方法
Set接口是Java集合框架中的一个重要接口，它表示一个不包含重复元素的集合。Set接口继承自Collection接口，因此它继承了Collection接口的所有方法，并且添加了一些特定于Set的方法。以下是对Set接口下通用方法的详细讲解和代码示例。
一、Set接口概述
Set接口的主要特点包括：
- 不允许存储重复元素。
- 无序（对于
HashSet）或有序（对于TreeSet和LinkedHashSet）。 - 没有索引，不能通过索引访问元素，也不能通过普通for循环遍历。
常见实现类
HashSet：基于哈希表实现，无序且不允许重复元素。LinkedHashSet：基于哈希表和链表实现，保持插入顺序且不允许重复元素。TreeSet：基于红黑树实现，元素按自然顺序或指定比较器排序且不允许重复元素。
二.核心方法概览
| 方法签名 | 作用 | 返回值说明 |
|---|---|---|
boolean add(E e) | 添加元素（若元素已存在则忽略） | 成功添加返回true，否则false |
boolean addAll(Collection<? extends E> c) | 添加另一个集合的所有元素 | 集合有变化返回true |
boolean remove(Object o) | 删除指定元素 | 存在并删除返回true |
void clear() | 清空集合 | - |
int size() | 返回元素数量 | 空集合返回0 |
boolean isEmpty() | 判断集合是否为空 | 空集合返回true |
boolean contains(Object o) | 判断是否包含元素 | 存在返回true |
boolean containsAll(Collection<?> c) | 判断是否包含另一个集合的所有元素 | 全包含返回true |
Iterator<E> iterator() | 返回迭代器 | 用于遍历集合 |
Object[] toArray() | 将集合转为数组 | 返回Object[] |
<T> T[] toArray(T[] a) | 将集合转为指定类型的数组 | 返回类型化数组 |
1. 添加元素
add(E e)：将指定元素添加到此集合中（如果尚未存在）。addAll(Collection<? extends E> c)：将指定集合中的所有元素添加到此集合中（如果尚未存在）。
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;public class SetExample {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new HashSet<>();set.add("Apple");set.add("Banana");set.add("Cherry");System.out.println(set); // 输出：[Apple, Banana, Cherry]Set<String> moreFruits = new HashSet<>();moreFruits.add("Date");moreFruits.add("Elderberry");set.addAll(moreFruits);System.out.println(set); // 输出：[Apple, Banana, Cherry, Date, Elderberry]}
}2. 删除元素
remove(Object o)：从此集合中移除指定元素（如果存在）。removeAll(Collection<?> c)：从此集合中移除指定集合中包含的所有元素。clear()：从此集合中移除所有元素。
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;public class SetExample {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new HashSet<>();set.add("Apple");set.add("Banana");set.add("Cherry");System.out.println(set); // 输出：[Apple, Banana, Cherry]set.remove("Banana");System.out.println(set); // 输出：[Apple, Cherry]Set<String> fruitsToRemove = new HashSet<>();fruitsToRemove.add("Apple");fruitsToRemove.add("Cherry");set.removeAll(fruitsToRemove);System.out.println(set); // 输出：[]set.add("Date");set.add("Elderberry");set.clear();System.out.println(set); // 输出：[]}
}3. 检查元素
contains(Object o)：如果此集合包含指定元素，则返回true。containsAll(Collection<?> c)：如果此集合包含指定集合中的所有元素，则返回true。isEmpty()：如果此集合不包含任何元素，则返回true。
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;public class SetExample {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new HashSet<>();set.add("Apple");set.add("Banana");set.add("Cherry");System.out.println(set.contains("Apple")); // 输出：trueSystem.out.println(set.contains("Grape")); // 输出：falseSet<String> fruitsToCheck = new HashSet<>();fruitsToCheck.add("Apple");fruitsToCheck.add("Banana");System.out.println(set.containsAll(fruitsToCheck)); // 输出：trueSystem.out.println(set.isEmpty()); // 输出：false}
}4. 集合操作
size()：返回此集合中的元素数量。iterator()：返回在此集合的元素上进行迭代的迭代器。toArray()：返回包含此集合中所有元素的数组。retainAll(Collection<?> c)：仅保留此集合与指定集合的交集。
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;public class SetExample {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new HashSet<>();set.add("Apple");set.add("Banana");set.add("Cherry");System.out.println(set.size()); // 输出：3Iterator<String> iterator = set.iterator();while (iterator.hasNext()) {System.out.print(iterator.next() + " ");}System.out.println(); // 输出：Apple Banana CherryObject[] array = set.toArray();for (Object obj : array) {System.out.print(obj + " ");}System.out.println(); // 输出：Apple Banana CherrySet<String> fruitsToRetain = new HashSet<>();fruitsToRetain.add("Apple");fruitsToRetain.add("Banana");set.retainAll(fruitsToRetain);System.out.println(set); // 输出：[Apple, Banana]}
}三.Set接口对象的遍历
// 方法1：迭代器
Iterator<String> it = set.iterator();
while (it.hasNext()) {System.out.println(it.next());
}// 方法2：增强for循环
for (String s : set) {System.out.println(s);
}// 方法3：Java 8 forEach
set.forEach(System.out::println);四.各个实现类之间的不同点
1.HashSet - 基于哈希表的快速集合
底层实现：
- 基于
HashMap实现 - 元素存储为
HashMap的 key - Value 使用固定的
PRESENT对象填充
特殊点
- 不允许重复元素：当向
HashSet中添加重复元素时，新元素不会被添加进去，因为HashSet会根据元素的hashCode()和equals()方法来判断元素是否重复。 - 允许存储
null元素：HashSet最多可以存储一个null元素。 - 性能较高：添加、删除和查找元素的时间复杂度接近 O(1)，因为它是基于哈希表实现的。
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;public class HashSetExample {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new HashSet<>();set.add("apple");set.add("banana");set.add("apple"); // 重复元素，不会被添加set.add(null); // 允许存储 null 元素for (String element : set) {System.out.println(element);}}
}2.LinkedHashSet
底层实现：
- 继承
HashSet - 内部使用
LinkedHashMap实现 - 维护元素插入顺序的双向链表
特殊点
- 保持插入顺序：
LinkedHashSet会记录元素插入的顺序，因此遍历元素时会按照插入的顺序输出。 - 性能稍低于
HashSet：由于需要维护链表来记录插入顺序，LinkedHashSet的性能比HashSet略低，但仍然具有较好的性能。 - 允许存储
null元素：和HashSet一样，LinkedHashSet最多可以存储一个null元素。
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;public class LinkedHashSetExample {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new LinkedHashSet<>();set.add("apple");set.add("banana");set.add("cherry");for (String element : set) {System.out.println(element); // 按插入顺序输出}}
}3.TreeSet
TreeSet 是一个基于红黑树（自平衡二叉搜索树）实现的有序集合。TreeSet 中的元素会根据自然顺序或者指定的比较器进行排序。
特殊点
- 元素有序：
TreeSet中的元素会按照自然顺序（如果元素实现了Comparable接口）或者指定的比较器（通过构造函数传入Comparator对象）进行排序。 - 不允许存储
null元素：因为TreeSet需要对元素进行比较排序，而null无法进行比较，所以不允许存储null元素。 - 性能为 O(logn)：插入、删除和查找元素的时间复杂度为 O(logn)，因为它是基于红黑树实现的。
import java.util.TreeSet;
import java.util.Set;public class TreeSetExample {public static void main(String[] args) {Set<Integer> set = new TreeSet<>();set.add(3);set.add(1);set.add(2);for (Integer element : set) {System.out.println(element); // 按升序输出}}
}