Java基础教程（八十五）集合之使用Set：Java开发者必看，Set集合的隐藏陷阱与高级玩法-优快云博客

Java Set接口专为元素唯一性设计，基于数学集合模型实现高效去重。其核心实现类包括：HashSet - 基于哈希表，提供O(1)时间复杂度的插入/查询，无序存储；LinkedHashSet - 链表维护插入顺序，迭代顺序可预测；TreeSet - 红黑树实现，元素自动排序，支持范围查询。关键特性：依赖equals()和hashCode()判断元素相等性，可变对象修改后可能破坏唯一性。TreeSet需元素实现Comparable或提供Comparator。Set在去重、集合运算（并/交/差）中性能显著优于List，适用于用户标签、数据清洗等场景。

深度解析：Java Set的核心机制与实战技巧

一、Set的设计哲学：唯一性的守护者

Set接口继承自Collection，其核心契约是禁止重复元素。当调用add()方法时，Set会通过元素的hashCode()和equals()进行唯一性校验：

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Set<String> uniqueNames = new HashSet<>();
uniqueNames.add("Alice");  // true
uniqueNames.add("Alice");  // false - 自动去重

二、三大实现类对比与性能剖析

实现类	数据结构	顺序保证	时间复杂度	适用场景
HashSet	哈希表	无序	O(1)	快速去重、成员检查
LinkedHashSet	哈希表+链表	插入顺序	O(1)	需保留插入顺序的去重
TreeSet	红黑树	自然排序	O(log n)	需排序或范围查询的场景

内存优化技巧：对大型HashSet，构造函数指定初始容量避免扩容开销：

Set<BigObject> bigSet = new HashSet<>(10000); // 预分配空间

三、TreeSet排序实战：Comparable vs Comparator

自然排序（实现Comparable接口）：

class Product implements Comparable<Product> {
    private String name;
    // 按name字典序排序
    @Override
    public int compareTo(Product o) {
        return this.name.compareTo(o.name);
    }
}
Set<Product> products = new TreeSet<>();

定制排序（使用Comparator）：

Comparator<Product> priceComparator = Comparator.comparingDouble(Product::getPrice);
Set<Product> productsByPrice = new TreeSet<>(priceComparator);

四、高级应用：集合运算与性能压测

Set<Integer> setA = new HashSet<>(Arrays.asList(1,2,3));
Set<Integer> setB = new HashSet<>(Arrays.asList(2,3,4));

// 并集
Set<Integer> union = new HashSet<>(setA);
union.addAll(setB);  // [1,2,3,4]

// 交集
Set<Integer> intersection = new HashSet<>(setA);
intersection.retainAll(setB);  // [2,3]

// 差集
Set<Integer> difference = new HashSet<>(setA);
difference.removeAll(setB);  // [1]

性能警示：对HashSet进行contains()操作仅需O(1)，而ArrayList需要O(n)：

HashSet<Integer> hashSet = new HashSet<>(10_000_000);
ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<>(10_000_000);

// 检查元素存在性
hashSet.contains(999_999);   // 约0.0003毫秒
arrayList.contains(999_999); // 约150毫秒 (慢50万倍!)

五、避坑指南：可变对象的危险操作

致命陷阱：修改已存储在HashSet中对象的hashCode相关字段：

class User {
    String id;
    @Override public int hashCode() { return id.hashCode(); }
}

User user = new User("A100");
Set<User> users = new HashSet<>();
users.add(user);

user.id = "A200";  // 修改关键字段
System.out.println(users.contains(user)); // false - 元素"丢失"!

解决方案：Set中存储不可变对象，或确保修改后重新remove()+add()