十、Java之Collection集合（2）

1 Set集合

无序(存储顺序和取出顺序不一致)，元素唯一不重复，实现类有HashSet、TreeSet

2 HashSet

HashSet的底层数据结构是哈希表。
HashSet：它不保证 set 的迭代顺序；特别是它不保证该顺序恒久不变。

2.1 HashSet如何保证元素不重复

关键在于HashCode() 方法和equals()方法
举个例子：

1. hashset存储字符串

 * HashSet:存储字符串并遍历
 * 问题：为什么存储字符串的时候，字符串内容相同的只存储了一个呢?
 * 通过查看add方法的源码，我们知道这个方法底层依赖 两个方法：hashCode()和equals()。
 * 步骤：
 * 		首先比较哈希值
 * 		如果相同，继续走，比较地址值或者走equals()
 * 		如果不同,就直接添加到集合中	
 * 按照方法的步骤来说：	
 * 		先看hashCode()值是否相同
 * 			相同:继续走equals()方法
 * 				返回true：	说明元素重复，就不添加
 * 				返回false：说明元素不重复，就添加到集合
 * 			不同：就直接把元素添加到集合
 * 如果类没有重写这两个方法，默认使用的Object()。一般来说不同相同。
 * 而String类重写了hashCode()和equals()方法，所以，它就可以把内容相同的字符串去掉。只留下一个。

2. HashSet存储自定义对象，并保证元素的唯一性

 * 需求：存储自定义对象，并保证元素的唯一性
 * 要求：如果两个对象的成员变量值都相同，则为同一个元素。
 * 
 * 目前是不符合我的要求的：因为我们知道HashSet底层依赖的是hashCode()和equals()方法。
 * 而这两个方法我们在学生类中没有重写，所以，默认使用的是Object类。
 * 这个时候，他们的哈希值是不会一样的，根本就不会继续判断，执行了添加操作。

如何做？

 * 注意了：
 * 		你使用的是HashSet集合，这个集合的底层是哈希表结构。
 * 		而哈希表结构底层依赖:hashCode()和equals()方法。
 * 		如果你认为对象的成员变量值相同即为同一个对象的话，你就应该重写这两个方法。
 * 		如何重写呢?不同担心，自动生成即可。

关于HashCode和equal的面试题：
1、equals()既然已经能实现对比的功能了，为什么还要hashCode()呢？

因为重写的equals（）里一般比较的比较全面比较复杂，这样效率就比较低，而利用hashCode()进行对比，则只要生成一个hash值进行比较就可以了，效率很高。

2、hashCode()既然效率这么高为什么还要equals()呢？
因为hashCode()并不是完全可靠，有时候不同的对象他们生成的hashcode也会一样（生成hash值得公式可能存在的问题），所以hashCode()只能说是大部分时候可靠，并不是绝对可靠，所以我们可以得出（PS：以下两条结论是重点，很多人面试的时候都说不出来）：

equals()相等的两个对象他们的hashCode()肯定相等，也就是用equals()对比是绝对可靠的。

hashCode()相等的两个对象他们的equals()不一定相等，也就是hashCode()不是绝对可靠的。

2.2 HashSet集合add方法源码

interface Collection {
	...
}

interface Set extends Collection {
	...
}

class HashSet implements Set {
	private static final Object PRESENT = new Object();
	private transient HashMap<E,Object> map;
	
	public HashSet() {
		map = new HashMap<>();
	}
	
	public boolean add(E e) { //e=hello,world
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }
}

class HashMap implements Map {
	public V put(K key, V value) { //key=e=hello,world
	
		//看哈希表是否为空，如果空，就开辟空间
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable(threshold);
        }
        
        //判断对象是否为null
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        
        int hash = hash(key); //和对象的hashCode()方法相关
        
        //在哈希表中查找hash值
        int i = indexFor(hash, table.length);
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        	//这次的e其实是第一次的world
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
                //走这里其实是没有添加元素
            }
        }

        modCount++;
        addEntry(hash, key, value, i); //把元素添加
        return null;
    }
    
    transient int hashSeed = 0;
    
    final int hash(Object k) { //k=key=e=hello,
        int h = hashSeed;
        if (0 != h && k instanceof String) {
            return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
        }

        h ^= k.hashCode(); //这里调用的是对象的hashCode()方法

        // This function ensures that hashCodes that differ only by
        // constant multiples at each bit position have a bounded
        // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }
}


hs.add("hello");
hs.add("world");
hs.add("java");
hs.add("world");

2.3 LinkedHashSet

/*
 * LinkedHashSet:底层数据结构由哈希表和链表组成。
 * 哈希表保证元素的唯一性。
 * 链表保证元素有素。(存储和取出的顺序是一致)，并不是排序
 */
public class LinkedHashSetDemo {
	public static void main(String[] args) {
		// 创建集合对象
		LinkedHashSet<String> hs = new LinkedHashSet<String>();

		// 创建并添加元素
		hs.add("hello");
		hs.add("world");
		hs.add("java");
		hs.add("world");
		hs.add("java");

		// 遍历
		for (String s : hs) {
			System.out.println(s);
		}
	}
}

3 TreeSet

底层数据结构是红黑树(是一个自平衡的二叉树)
TreeSet集合的特点：排序和唯一
所以我们在使用TreeSet集合的时候，必须设置TreeSet的排序机制（默认的如String，Integer除外，已经实现了），不然会出现ClassCastExcption。

3.1 TreeSet如何保证元素有序

 * TreeSet：能够对元素按照某种规则进行排序。
 * 排序有两种方式
 * A:自然排序
 * B:比较器排序

TreeSet的add方法源码解析

interface Collection {...}

interface Set extends Collection {...}

interface NavigableMap {

}

class TreeMap implements NavigableMap {
	 public V put(K key, V value) {
        Entry<K,V> t = root;
        if (t == null) {
            compare(key, key); // type (and possibly null) check

            root = new Entry<>(key, value, null);
            size = 1;
            modCount++;
            return null;
        }
        int cmp;
        Entry<K,V> parent;
        // split comparator and comparable paths
        Comparator<? super K> cpr = comparator;
        if (cpr != null) {
            do {
                parent = t;
                cmp = cpr.compare(key, t.key);
                if (cmp < 0)
                    t = t.left;
                else if (cmp > 0)
                    t = t.right;
                else
                    return t.setValue(value);
            } while (t != null);
        }
        else {
            if (key == null)
                throw new NullPointerException();
            Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
            do {
                parent = t;
                cmp = k.compareTo(t.key);
                if (cmp < 0)
                    t = t.left;
                else if (cmp > 0)
                    t = t.right;
                else
                    return t.setValue(value);
            } while (t != null);
        }
        Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
        if (cmp < 0)
            parent.left = e;
        else
            parent.right = e;
        fixAfterInsertion(e);
        size++;
        modCount++;
        return null;
    }
}

class TreeSet implements Set {
	private transient NavigableMap<E,Object> m;
	
	public TreeSet() {
		 this(new TreeMap<E,Object>());
	}

	public boolean add(E e) {
        return m.put(e, PRESENT)==null;
    }
}

真正的比较是依赖于元素的compareTo()方法，而这个方法是定义在 Comparable里面的。所以，你要想重写该方法，就必须是先 Comparable接口。这个接口表示的就是自然排序。

1. 自然排序(元素具备比较性)
   让元素所属的类实现Comparable接口
   真正的比较是依赖于元素的compareTo()方法，而这个方法是定义在 Comparable里面的。
   所以，你要想重写该方法，就必须是先 Comparable接口。这个接口表示的就是自然排序。
   举个例子：

/*
 * 如果一个类的元素要想能够进行自然排序，就必须实现自然排序接口
 */
public class Student implements Comparable<Student> {
	private String name;
	private int age;

	public Student() {
		super();
	}

	public Student(String name, int age) {
		super();
		this.name = name;
		this.age = age;
	}

	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;
	}

	@Override
	public int compareTo(Student s) {
		// 主要条件 姓名的长度
		int num = this.name.length() - s.name.length();
		// 姓名的长度相同，不代表姓名的内容相同
		int num2 = num == 0 ? this.name.compareTo(s.name) : num;
		// 姓名的长度和内容相同，不代表年龄相同，所以还得继续判断年龄
		int num3 = num2 == 0 ? this.age - s.age : num2;
		return num3;
	}
}

2. 比较器排序
   让集合构造方法接收Comparator的实现类对象
   举个例子

/*
 * 需求：请按照姓名的长度排序
 * 
 * TreeSet集合保证元素排序和唯一性的原理
 * 唯一性：是根据比较的返回是否是0来决定。
 * 排序：
 * 		A:自然排序(元素具备比较性)
 * 			让元素所属的类实现自然排序接口 Comparable
 * 		B:比较器排序(集合具备比较性)
 * 			让集合的构造方法接收一个比较器接口的子类对象 Comparator
 */
public class TreeSetDemo {
	public static void main(String[] args) {
		// 创建集合对象
		// TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(); //自然排序
		// public TreeSet(Comparator comparator) //比较器排序
		// TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(new MyComparator());

		// 如果一个方法的参数是接口，那么真正要的是接口的实现类的对象
		// 而匿名内部类就可以实现这个东西
		TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(new Comparator<Student>() {
			@Override
			public int compare(Student s1, Student s2) {
				// 姓名长度
				int num = s1.getName().length() - s2.getName().length();
				// 姓名内容
				int num2 = num == 0 ? s1.getName().compareTo(s2.getName())
						: num;
				// 年龄
				int num3 = num2 == 0 ? s1.getAge() - s2.getAge() : num2;
				return num3;
			}
		});

3.2 TreeSet如何保证元素不重复

compareTo的结果小于0，从小到大，一个平衡二叉树的先序遍历。反之，大于0就从大到小。等于0的情况就不添加。

do {
    parent = t;
    cmp = k.compareTo(t.key);
    if (cmp < 0)
        t = t.left;
    else if (cmp > 0)
        t = t.right;
    else
        return t.setValue(value);
} while (t != null);

3.3 使用建议

一般我们使用比较器排序的方法：让集合构造方法接收Comparator的实现类对象。
这样耦合度较低，不像第一种方法实现comparable接口的自然排序那样，根据需求会频繁的修改compareTo方法

4 小结

4:针对Collection集合我们到底使用谁呢?(掌握)
	唯一吗?
		是：Set
			排序吗?
				是：TreeSet
				否：HashSet
		如果你知道是Set，但是不知道是哪个Set，就用HashSet。
			
		否：List
			要安全吗?
				是：Vector
				否：ArrayList或者LinkedList
					查询多：ArrayList
					增删多：LinkedList
		如果你知道是List，但是不知道是哪个List，就用ArrayList。
	
	如果你知道是Collection集合，但是不知道使用谁，就用ArrayList。
	
	如果你知道用集合，就用ArrayList。
	
5:在集合中常见的数据结构(掌握)
	ArrayXxx:底层数据结构是数组，查询快，增删慢
	LinkedXxx:底层数据结构是链表，查询慢，增删快
	HashXxx:底层数据结构是哈希表。依赖两个方法：hashCode()和equals()
	TreeXxx:底层数据结构是二叉树。两种方式排序：自然排序和比较器排序