Java 中的 Set 集合：深度解析与代码示例
在 Java 集合框架（Java Collections Framework）中，Set 是一种非常重要的接口，它继承自 Collection 接口。与 List 和 Queue 不同，Set 不允许存储重复的元素，并且没有特定的顺序（除非使用 LinkedHashSet 或 TreeSet 等特定实现）。本文将深入探讨 Set 的特性、主要实现类及其用法，并通过丰富的代码示例来展示其实际应用。
1. Set 接口的基本特性
- 唯一性：
Set中的元素是唯一的，不允许有重复的元素。 - 无序性：默认情况下，
Set不保证元素的迭代顺序（除非使用了特定实现如LinkedHashSet）。 - 空集合：可以通过
Collections.emptySet()创建一个不可变的空Set实例。
2. Set 的主要实现类
- HashSet：基于哈希表实现，允许
null元素，不保证迭代顺序。 - LinkedHashSet：维护元素的插入顺序，允许
null元素。 - TreeSet：基于红黑树实现，元素按自然顺序或自定义比较器排序，不允许
null元素。
3. HashSet 的使用
HashSet 是最常用的 Set 实现之一，它基于哈希表，因此提供了非常快的查找、添加和删除操作。
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("Cherry");
// 尝试添加重复元素
set.add("Apple");
// 输出集合内容
System.out.println(set); // 输出: [Apple, Banana, Cherry]
// 检查元素是否存在
boolean containsApple = set.contains("Apple");
System.out.println("Contains Apple: " + containsApple); // 输出: true
// 遍历集合
for (String fruit : set) {
System.out.println(fruit);
}
}
}
4. LinkedHashSet 的使用
LinkedHashSet 保留了元素的插入顺序，这在需要保持元素顺序的场景下非常有用。
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;
public class LinkedHashSetExample {
public static void main(String[] args) {
Set<String> set = new LinkedHashSet<>();
set.add("One");
set.add("Two");
set.add("Three");
// 添加重复元素（实际不会添加）
set.add("One");
// 输出集合内容，按插入顺序
System.out.println(set); // 输出: [One, Two, Three]
// 遍历集合
for (String item : set) {
System.out.println(item);
}
}
}
5. TreeSet 的使用
TreeSet 基于红黑树实现，元素按自然顺序排序，或者根据提供的比较器排序。它不允许 null 元素。
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;
public class TreeSetExample {
public static void main(String[] args) {
Set<Integer> set = new TreeSet<>();
set.add(5);
set.add(1);
set.add(10);
set.add(3);
// 输出集合内容，按自然顺序排序
System.out.println(set); // 输出: [1, 3, 5, 10]
// 自定义比较器
Set<String> customSet = new TreeSet<>((s1, s2) -> s2.compareTo(s1));
customSet.add("Apple");
customSet.add("Banana");
customSet.add("Cherry");
// 输出集合内容，按自定义比较器排序（降序）
System.out.println(customSet); // 输出: [Cherry, Banana, Apple]
// 遍历集合
for (String fruit : customSet) {
System.out.println(fruit);
}
}
}
6. 常见的 Set 操作
Java 的 Set 接口还提供了许多有用的方法来操作集合，如：
- addAll(Collection<? extends E> c)：将指定集合中的所有元素添加到当前集合中（如果它们尚未存在）。
- removeAll(Collection<?> c)：从当前集合中移除指定集合中包含的所有元素。
- retainAll(Collection<?> c)：仅保留当前集合中也包含在指定集合中的元素。
- clear()：移除集合中的所有元素。
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
public class SetOperationsExample {
public static void main(String[] args) {
Set<String> set1 = new HashSet<>();
set1.add("A");
set1.add("B");
set1.add("C");
Set<String> set2 = new HashSet<>();
set2.add("B");
set2.add("C");
set2.add("D");
// 添加所有元素（不重复）
set1.addAll(set2);
System.out.println("After addAll: " + set1); // 输出: [A, B, C, D]
// 移除 set2 中的所有元素
set1.removeAll(set2);
System.out.println("After removeAll: " + set1); // 输出: [A]
// 保留 set2 中的元素
set1.addAll(set2); // 恢复到 [A, B, C, D]
set1.retainAll(set2);
System.out.println("After retainAll: " + set1); // 输出: [B, C, D]
// 清空集合
set1.clear();
System.out.println("After clear: " + set1); // 输出: []
}
}
总结
Set 是 Java 集合框架中一个强大且灵活的接口，通过不同的实现类，可以满足各种特定的需求。HashSet 提供了快速的查找和添加操作，LinkedHashSet 保留了元素的插入顺序，而 TreeSet 则提供了排序功能。掌握这些集合类的特性和用法，对于编写高效、可维护的 Java 程序至关重要。希望本文能帮助你深入理解 Set 的工作机制，并通过丰富的代码示例，更好地掌握其在实际开发中的应用。
