Set集合

在 Java 集合框架中，Set 是一种不允许重复元素且不保证顺序（部分实现类会维护顺序）的集合。以下是其核心特点及常见实现类的详细说明：

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Set 集合的核心特点

1. 唯一性

   • 集合中不允许存在重复元素（通过 equals() 和 hashCode() 方法判断重复性）。

   • 添加重复元素时，操作会被忽略（返回 false）。

2. 无序性

   • 默认不保证元素的存储顺序（如 HashSet）。

   • 部分实现类支持有序性（如 TreeSet 按自然排序，LinkedHashSet 按插入顺序）。

3. 允许 null 值

   • 大多数实现类允许一个 null 元素（但 TreeSet 不允许，因为依赖排序规则）。

4. 非线程安全

   • 常见实现类（如 HashSet、TreeSet）非线程安全，需自行同步或使用并发集合。

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Set 的实现类及特性

1. HashSet

• 底层数据结构：基于 哈希表（HashMap 实现），通过哈希值快速定位元素。

• 特点：

  • 无序（不保证插入或访问顺序）。

  • 允许 null 值。

  • 查询效率高（O(1) 时间复杂度），但迭代顺序不可预测。

• 适用场景：快速去重、无需顺序控制的场景。

  Set<String> set = new HashSet<>();
  set.add("Apple");
  set.add("Banana");
  set.add(null);  // 允许 null

2. LinkedHashSet

• 底层数据结构：基于 哈希表 + 双向链表，继承自 HashSet。

• 特点：

  • 维护元素的 插入顺序（迭代顺序与插入顺序一致）。

  • 允许 null 值。

  • 查询效率略低于 HashSet（因需维护链表）。

• 适用场景：需要去重且保留插入顺序的场景（如缓存记录顺序）。

  Set<String> set = new LinkedHashSet<>();
  set.add("Apple");
  set.add("Banana");
  set.add("Apple");  // 重复元素被忽略
  // 迭代顺序：Apple → Banana

3. TreeSet

• 底层数据结构：基于 红黑树（TreeMap 实现），自动排序。

• 特点：

  • 元素按 自然顺序 或 自定义比较器（Comparator）排序。

  • 不允许 null 值（排序依赖 compareTo() 或 Comparator）。

  • 增删查操作时间复杂度为 O(log n)。

• 适用场景：需要元素有序且去重的场景。

  Set<Integer> set = new TreeSet<>();
  set.add(5);
  set.add(2);
  set.add(8);
  // 自动排序结果：2 → 5 → 8

4. CopyOnWriteArraySet（并发安全）

• 底层数据结构：基于 动态数组 + 写时复制（Copy-On-Write）机制。

• 特点：

  • 线程安全，适用于读多写少的场景。

  • 每次修改操作（增、删）会复制底层数组，性能较低。

  • 迭代器遍历的是创建时的快照，不会抛出 ConcurrentModificationException。

• 适用场景：高并发环境下的读操作远多于写操作的集合。

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性能对比

实现类	底层结构	顺序性	允许 null	时间复杂度（增删查）	线程安全
HashSet	哈希表	无序	✔️	O(1)	❌
LinkedHashSet	哈希表+链表	插入顺序	✔️	O(1)	❌
TreeSet	红黑树	自然/自定义	❌	O(log n)	❌
CopyOnWriteArraySet	数组	插入顺序	✔️	O(n)（写操作）	✔️

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选择建议

1. 快速去重且无需顺序 → HashSet。

2. 保留插入顺序的去重 → LinkedHashSet。

3. 需要元素排序 → TreeSet。

4. 高并发读操作 → CopyOnWriteArraySet（谨慎用于写多场景）。

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注意事项

• 所有 Set 实现类依赖元素的 equals() 和 hashCode() 方法判断重复性，需正确重写这两个方法。

• TreeSet 若未指定 Comparator，元素必须实现 Comparable 接口，否则抛出 ClassCastException。