HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet 全面对比,深入剖析优缺点与适用场景

后端

2023-10-06 01:53:42

Set接口的三个实现：HashSet、LinkedHashSet和TreeSet

简介

在Java集合框架中，Set接口是一个无序集合，它不允许重复元素。Set接口有三种常用的实现：HashSet、LinkedHashSet和TreeSet。它们在存储顺序、可重复元素处理和底层实现上各有不同，在不同的场景下各有优势。

存储顺序

HashSet:

存储顺序是无序的，这意味着元素在集合中没有特定的顺序。
元素的存储位置取决于其哈希值，每次对HashSet进行迭代时，元素的顺序可能会发生变化。

LinkedHashSet:

存储顺序是插入顺序，即元素按照其插入顺序存储。
LinkedHashSet使用双向链表作为底层实现，保证了元素的存储顺序与插入顺序一致。

TreeSet:

存储顺序是升序的，即元素按照其自然顺序或指定比较器指定的顺序存储。
TreeSet使用红黑树作为底层实现，保证了元素的存储顺序是升序的。

可重复元素

这三个Set实现都不允许重复元素。
如果向其中一个集合中添加一个已经存在的元素，该元素将被忽略，并且集合中不会包含重复元素。

底层实现

HashSet:

使用哈希表作为底层实现。
哈希表是一种数据结构，使用哈希函数将元素映射到一个数组中。
查找和插入元素时，哈希函数将元素的键映射到数组中的一个位置。

LinkedHashSet:

使用双向链表作为底层实现。
双向链表是一种数据结构，由一个头结点和一个尾结点组成，每个结点都有一个前驱结点和一个后继结点。

TreeSet:

使用红黑树作为底层实现。
红黑树是一种自平衡二叉查找树，具有以下性质：
- 每个结点都是红色或黑色。
- 根结点是黑色。
- 每个红色结点的两个子结点都是黑色。
- 从任何一个结点到其后代的叶结点的所有路径都包含相同数量的黑色结点。

性能

查找和插入： HashSet最快，LinkedHashSet次之，TreeSet最慢。
遍历： LinkedHashSet最快，因为它的元素是按插入顺序存储的。

适用场景

HashSet:

需要快速查找和插入元素的场景，例如缓存、集合等。

LinkedHashSet:

需要保持元素插入顺序的场景，例如历史记录、播放列表等。

TreeSet:

需要保持元素升序排列的场景，例如字典、排序集合等。

代码示例

// HashSet示例
Set<String> hashSet = new HashSet<>();
hashSet.add("one");
hashSet.add("two");
hashSet.add("three");

for (String element : hashSet) {
    System.out.println(element); // 输出顺序无特定规律
}

// LinkedHashSet示例
Set<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();
linkedHashSet.add("one");
linkedHashSet.add("two");
linkedHashSet.add("three");

for (String element : linkedHashSet) {
    System.out.println(element); // 输出顺序与插入顺序一致
}

// TreeSet示例
Set<Integer> treeSet = new TreeSet<>();
treeSet.add(3);
treeSet.add(1);
treeSet.add(2);

for (Integer element : treeSet) {
    System.out.println(element); // 输出顺序为升序
}