第十四章 集合（Set）

一、Set 接口（P518）

1. Set 接口基本介绍

（1）无序（添加和取出的顺序不一致），没有索引。
（2）不允许重复元素，所以最多包含一个 null。

2. Set 接口的常用方法

和 List 接口一样，Set 接口也是 Collection 的子接口，因此，常用方法和 Collection 接口一样。

3. Set 接口的遍历方式

同 Collection 的遍历方式一样，因为 Set 接口是 Collection 接口的子接口。
（1）可以使用选代器
（2）增强for
（3）不能使用 索引的方式来获取

二、HashSet（P519）

1. Hashset 的说明

（1）HashSet 实现了 Set 接口。
（2）HashSet 实际上是 HashMap。
（3）可以存放 null 值，但是只能有一个 null。
（4）HashSet 不保证元素是有序的，取决于 hash 后，再确定索引的结果。
（5）不能有重复元素/对象。

2. Hashset底层机制源码说明（P522）

分析 Hashset 底层是 HashMap，HashMap 底层是（数组+链表+红黑树）。

public class HashMap_<K, V> {
 
    transient Node<K, V>[] table;
 
    transient int modCount;
 
    transient int size;
 
    public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
 
    static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }
 
    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K, V>[] tab;
        Node<K, V> p;
        int n, i;
 
        // 属性table为null或table的长度为0，就扩容
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) {
            n = (tab = resize()).length;
        }
        // 如果tab[i]为null，表示没有存放元素，就创建节点并赋值给tab[i]
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) {
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        } else {
            Node<K, V> e;
            K k;
 
            // p 和添加元素的hash值相同 并且 （key相同或equals相同），p赋值给e
            if (p.hash == hash &&
                    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
                e = p;
 
            }
            // 链表循环比较
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
                        break;
                    }
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) {
                    e.value = value;
                }
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold) {
            resize();
        }
        return null;
    }
 
    int threshold;
 
    final float loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
 
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
 
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // 16
    // 加载因子
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
 
    final Node<K, V>[] resize() {
        Node<K, V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        if (oldCap > 0) {
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            } else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                    oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) {
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
            }
        } else if (oldThr > 0) {
            newCap = oldThr;
        } else {
            // 扩容
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int) (DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float) newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float) MAXIMUM_CAPACITY ?
                    (int) ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        threshold = newThr;
 
        // 初始化数组，并赋值给属性table
        Node<K, V>[] newTab = (Node<K, V>[]) new Node[newCap];
        table = newTab;
 
        return newTab;
    }
 
    Node<K, V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K, V> next) {
        return new Node<>(hash, key, value, next);
    }
 
    static class Node<K, V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K, V> next;
 
        Node(int hash, K key, V value, Node<K, V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }
    }
}

（1）HashSet 底层是 HashMap。
（2）添加一个元素时，先得到 hash 值 --> 会转成 --> 索引值。
（3）找到存储数据表 table，看这个索引位置是否已经存放的有元素。
（4）如果没有，直接加入。
（5）如果有，调用 equals 比较，如果相同，就放弃添加，如果不相同，则添加到最后。
（6）在 Java8 中，如果一条链表的元素个数达到 TREEIFY_THRESHOLD（默认是8），并且 table 的大小 >= MIN_TREEIFY_CAPACITY(默认64），就会进行树化（红黑树）。

红黑树机制：
（1）HashSet 底层是 HashMap，第一次添加时，table 数组扩容到16，临界值（threshold）是16，加载因子（loadFactor）是0.75=12。
（2）如果table数组使用到了临界值12，就会扩容到162=32，新的临界值就是320.75=24，依次类推。
（3）在Java8中，如果一条链表的元素个数到达TREEIFY_THRESHOLD（默认是8），并且table的大小>=MIN_TREEIFY_CAPACITY（默认64）就会进行树化（红黑树），否则仍然采用数组扩容机制。

三、LinkedHashSet （P528）

1. LinkedHashSet 的说明

（1）LinkedHashSet 是 Hashset 的子类。
（2）LinkedHashSet 底层是一个 LinkedHashMap，底层维护了一个 数组+双向链表。
（3）LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，同时使用链表维护元素的 次序（图），这使得元素看起来是以插入顺序保存的。
（4）LinkedHashset 不允许添重复元素。

（1）在 LinkedHashSet 中维护了一个 hash 表和双向链表（LinkedHashSet 有 head 和 tail）。
（2）每一个节点有 pre 和 next 属性，这样可以形成双向链表。
（3）在添加一个元素时，先求hash值，在求索引，确定该元素在 hashtable 的位置，然后将添加的元素加入到双向链表（如果已经存在，不添加【原则和 hashset 一样】）。
（4）遍历 LinkedHashSet 也能确保插入顺序和遍历顺序一致。