Java集合HashSet与TreeSet

聚焦Set集合两大核心实现类HashSet与TreeSet，梳理核心特性、底层数据结构、实战用法及避坑要点。

一、Set集合基础特性

Set是Java单列集合Collection的子接口，全系列通用三大核心特性：

1. 不重复：集合中无法存储相同元素
2. 无索引：不支持通过下标获取元素，无法普通for循环遍历
3. 无独有方法：常用API全部继承自Collection接口

本文仅讲解最常用的两个实现类：HashSet（无序去重）、TreeSet（排序去重）。

二、HashSet 详解

2.1 核心特点

• 无序：元素添加顺序 ≠ 遍历输出顺序
• 不重复、无索引（Set通用特性）
• 增删改查性能优异，是日常开发最常用的Set实现类

2.2 底层原理：哈希表

HashSet的高性能源于哈希表数据结构，JDK版本不同结构有差异：

• JDK 8之前：数组 + 单向链表
• JDK 8及以后：数组 + 链表 + 红黑树（优化查询性能）

关键概念：哈希值

1. 所有Java对象均可调用Object.hashCode()获取int类型哈希码
2. 特性：同一对象多次调用返回值相同；不同对象可能哈希值相同（哈希碰撞）

元素存储完整流程

1. 初始化：创建默认长度16、加载因子0.75的数组table
2. 计算位置：通过元素哈希值 % 数组长度算出存储下标
3. 空位直接存：下标位置为null，直接存入元素

4. 碰撞去重：位置非空时，调用equals()比较元素内容

   • 内容相同：判定为重复元素，不存储
   • 内容不同：形成链表，JDK8后新元素挂在链表尾部
5. 树化优化：链表长度＞8 且 数组长度≥64，链表自动转为红黑树
6. 扩容机制：数组元素达到 16*0.75=12 时，自动扩容为原容量2倍

2.3 自定义对象去重（重点）

HashSet默认仅能对String、Integer等基础类型去重；自定义对象必须重写两个方法才能实现内容去重：

1. hashCode()：保证相同内容对象哈希值一致
2. equals()：判断对象内容是否相同

实战代码示例

1. 实体类Student（重写核心方法）

   import java.util.Objects;
   
   public class Student {
    private String name;
    private int age;
    private String address;
    private String phone;
   
    // 无参、全参构造
    public Student() {}
    public Student(String name, int age, String address, String phone) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.address = address;
        this.phone = phone;
    }
   
    // getter/setter省略
    public String getName() { return name; }
    public void setName(String name) { this.name = name; }
    public int getAge() { return age; }
    public void setAge(int age) { this.age = age; }
    public String getAddress() { return address; }
    public void setAddress(String address) { this.address = address; }
    public String getPhone() { return phone; }
    public void setPhone(String phone) { this.phone = phone; }
   
    // 重写equals：比较对象内容
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Student student = (Student) o;
        return age == student.age && Objects.equals(name, student.name)
                && Objects.equals(address, student.address)
                && Objects.equals(phone, student.phone);
    }
   
    // 重写hashCode：根据内容生成哈希值
    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age, address, phone);
    }
   
    // 重写toString：格式化输出
    @Override
    public String toString() {
        return "Student{name='" + name + "', age=" + age + "
                        , address='" + address + "', phone='" + phone + "'}";
    }
   }

2. 测试类：HashSet去重效果

   import java.util.HashSet;
   import java.util.Set;
   
   public class HashSetTest {
    public static void main(String[] args) {
        Set<Student> studentSet = new HashSet<>();
        // 创建两个内容完全相同的对象
        Student s1 = new Student("张三", 18, "北京", "123456");
        Student s2 = new Student("张三", 18, "北京", "123456");
   
        studentSet.add(s1);
        studentSet.add(s2);
   
        // 输出仅1个元素，去重成功
        System.out.println(studentSet);
    }
   }

三、TreeSet 详解

3.1 核心特点

• 可排序：默认对元素升序排列
• 不重复、无索引（Set通用特性）
• 排序基于红黑树实现，兼顾排序与性能

3.2 底层原理：红黑树

TreeSet底层完全基于红黑树（自平衡二叉排序树），特性：

1. 自动排序，增删改查性能稳定
2. 去重规则：排序比较结果为0 即判定为重复元素

3.3 默认排序规则

• 数值类型（Integer/Double）：按数值大小升序
• 字符串类型：按字符ASCII码值升序
• 自定义对象：无法直接排序，必须手动指定排序规则

3.4 自定义对象排序（两种方案）

TreeSet支持两种排序方式，比较器优先级 > 类自带排序

方案1：实体类实现Comparable接口

实体类重写compareTo()方法，定义默认排序规则

// 教师实体类：实现Comparable接口
public class Teacher implements Comparable<Teacher> {
    private String name;
    private int age;
    private double salary;

    // 无参、全参构造
    public Teacher() {}
    public Teacher(String name, int age, double salary) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.salary = salary;
    }

    // getter/setter省略
    public String getName() { return name; }
    public int getAge() { return age; }
    public double getSalary() { return salary; }

    // 核心：定义排序规则（按年龄升序）
    @Override
    public int compareTo(Teacher o) {
        // 正数：当前对象大；负数：当前对象小；0：重复
        return this.age - o.age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Teacher{name='" + name + "', age=" + age + ", salary=" + salary + "}";
    }
}

方案2：创建TreeSet时传入Comparator比较器

匿名内部类/Lambda表达式，灵活定义临时排序规则

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

public class TreeSetTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 方式1：使用类默认排序（年龄升序）
        Set<Teacher> teacherSet1 = new TreeSet<>();

        // 方式2：自定义比较器（薪资降序，Lambda简化）
        Set<Teacher> teacherSet2 = new TreeSet<>((o1, o2) -> Double.compare(o2.getSalary(), o1.getSalary()));

        // 添加元素
        teacherSet2.add(new Teacher("老陈", 20, 6232.4));
        teacherSet2.add(new Teacher("dlei", 18, 3999.5));
        teacherSet2.add(new Teacher("老王", 22, 9999.9));

        // 按薪资降序输出
        System.out.println(teacherSet2);
    }
}

四、HashSet vs TreeSet 选型指南

五、学习总结

1. HashSet：Java开发首选Set集合，核心是哈希表，自定义对象必须重写hashCode()和equals()实现去重；
2. TreeSet：专注排序场景，核心是红黑树，自定义对象需通过Comparable或Comparator指定排序规则；
3. 通用原则：仅去重选HashSet，需要排序选TreeSet。