详解：Set集合是如何保证元素不重复的

QING618
278 阅读3分钟

Set集合通过以下机制确保元素不重复：

一、Set接口的设计原则

Set接口继承自Collection，强制要求实现类不允许包含重复元素。其核心约束为：

  • 唯一性：每个元素在Set中只能出现一次。
  • 无索引：不提供基于索引的访问方法（如get(int index)）。

二、实现类机制解析

不同的Set实现类通过不同方式确保元素唯一性：

1. HashSet（基于哈希表）

  • 底层结构：基于HashMap实现，元素作为HashMap的键存储。

  • 唯一性判断：

    • 哈希码（hashCode）：调用元素的hashCode()方法确定存储位置。
    • 相等性（equals）：哈希冲突时，调用equals()方法比较元素内容。

  • 添加流程：

    1. 计算元素哈希值，定位到哈希桶。
    2. 若桶为空，直接存入。
    3. 若桶非空，遍历链表/红黑树，通过equals()比较是否存在重复元素。
    4. 若存在重复，丢弃新元素；否则插入链表/树。

  • 代码示例：

    public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT) == null; // HashMap的键唯一
}

2. TreeSet（基于红黑树）

  • 底层结构：基于TreeMap实现，元素按自然顺序或Comparator排序。

  • 唯一性判断：

    • 比较结果（compareTo/compare）：通过Comparable或Comparator比较元素。
    • 相等性定义：当compareTo()或compare()返回0时，视为重复。

  • 添加流程：

    1. 通过比较器确定元素位置。
    2. 若比较结果为0，替换或丢弃元素（根据实现逻辑）。
    3. 若比较结果非0，插入到合适位置以维持排序。

  • 注意事项：

    • 与equals()的一致性：若compareTo()与equals()逻辑不一致，可能导致元素被视为重复但equals返回false。

3. LinkedHashSet（有序哈希集合）

  • 底层结构：继承自HashSet，通过双向链表维护插入顺序。
  • 唯一性判断：与HashSet相同（依赖hashCode和equals）。

三、关键方法的作用

  1. hashCode()

    • 确定元素在哈希表中的存储位置。
    • 若哈希码冲突，需进一步通过equals()判断是否重复。

  2. equals()

    • 精确判断两个对象是否逻辑相等。
    • 必须满足自反性、对称性、传递性和一致性。

  3. compareTo() / compare()

    • 在TreeSet中定义元素的排序和唯一性。
    • 返回0时视为重复，无论equals()结果如何。

四、用户自定义类的注意事项

  1. 重写hashCode()和equals()

    • 规则：若a.equals(b)为true，则a.hashCode() == b.hashCode()必须成立。

    • 示例：

      public class Person {
    private String name;
    private int age;

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age); // 基于属性生成哈希码
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj) return true;
        if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) return false;
        Person person = (Person) obj;
        return age == person.age && Objects.equals(name, person.name);
    }
}

  2. 实现Comparable或提供Comparator

    • TreeSet要求：元素必须可比较，否则抛出ClassCastException。

    • 示例：

      // 自然排序
public class Person implements Comparable<Person> {
    @Override
    public int compareTo(Person other) {
        return this.name.compareTo(other.name);
    }
}

// 定制Comparator
TreeSet<Person> set = new TreeSet<>(Comparator.comparingInt(Person::getAge));

五、常见问题与解决方案

问题场景原因解决方案
HashSet添加重复元素未正确重写hashCode和equals方法检查并正确实现hashCode()和equals()
TreeSet抛出ClassCastException元素未实现Comparable且无Comparator提供Comparator或实现Comparable接口
比较逻辑与equals不一致compareTo()与equals()结果冲突确保两者逻辑一致

六、总结

  • HashSet：依赖哈希表和equals()/hashCode()，适合快速查找。
  • TreeSet：依赖红黑树和比较器，适合有序遍历。
  • LinkedHashSet：在HashSet基础上维护插入顺序。
  • 核心原则：正确实现元素的哈希码、相等性及比较逻辑，确保Set正确识别重复元素。

七、注意事项

  1. 哈希冲突≠重复元素：哈希值相同但内容不同的对象会被放到同一桶（链表或树中）。
  2. 不可变对象更安全：若对象存入Set后发生修改，可能导致哈希值变化，引发内存泄漏或重复元素。
  3. 线程不安全：多线程操作需用Collections.synchronizedSet()或ConcurrentHashMap.newKeySet()包装。

更多分享

  1. 一文带你吃透Android中常见的高效数据结构
  2. 详解：ArrayMap和SparseArray在HashMap上面的改进
  3. 详解：HashMap与TreeMap、HashTable的区别
  4. 详解：LinkedHashMap的工作原理和实现
  5. 一文带你搞懂HashSet和TreeSet的区别
avatar
文章
阅读
粉丝