HashSet、TreeSet和LinkedHashSet的区别

未名馆heuwst 2018-09-15

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Set集合不包含重复的元素，这是使用Set的主要原因。有三种常见的Set实现——HashSet, TreeSet和LinkedHashSet。什么时候使用它们，使用哪个是个重要的问题。总体而言，如果你需要一个访问快速的Set，你应该使用HashSet；当你需要一个排序的Set，你应该使用TreeSet；当你需要记录下插入时的顺序时，你应该使用LinedHashSet。

1. Set接口

Set接口继承了Collection接口。Set集合中不能包含重复的元素，每个元素必须是唯一的。你只需将元素加入set中，重复的元素会自动移除。

2. HashSet vs. TreeSet vs. LinkedHashSet

HashSet是采用hash表来实现的。其中的元素没有按顺序排列，add()、remove()以及contains()等方法都是复杂度为O(1)的方法。

TreeSet是采用树结构实现(红黑树算法)。元素是按顺序进行排列，但是add()、remove()以及contains()等方法都是复杂度为O(log (n))的方法。它还提供了一些方法来处理排序的set，如first(), last(), headSet(), tailSet()等等。

LinkedHashSet介于HashSet和TreeSet之间。它也是一个hash表，但是同时维护了一个双链表来记录插入的顺序。基本方法的复杂度为O(1)。

3. TreeSet的例子

TreeSet tree = new TreeSet();
tree.add(12);
tree.add(63);
tree.add(34);
tree.add(45);
Iterator iterator = tree.iterator();
System.out.print("Tree set data: ");
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.print(iterator.next() + " ");
}

输出如下：Tree set data: 12 34 45 63

现在让我们定义一个Dog类：

class Dog {
    int size;
    public Dog(int s) {
        size = s;
    }
    public String toString() {
        return size + "";
    }
}

我们将“dog”添加到TreeSet中：

import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;
public class TestTreeSet {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet dset = new TreeSet();
        dset.add(new Dog(2));
        dset.add(new Dog(1));
        dset.add(new Dog(3));
        Iterator iterator = dset.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.print(iterator.next() + " ");
        }
    }
}

编译正常，但是运行时出错：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: collection.Dog cannot be cast to java.lang.Comparable
    at java.util.TreeMap.put(Unknown Source)
    at java.util.TreeSet.add(Unknown Source)
    at collection.TestTreeSet.main(TestTreeSet.java:22)

因为TreeSet是有序的，Dog类必须实现java.lang.Comparable的compareTo()方法才行:

class Dog implements Comparable{
    int size;
    public Dog(int s) {
        size = s;
    }
    public String toString() {
        return size + "";
    }
    @Override
    public int compareTo(Dog o) {
            return size - o.size;
    }
}

输出: 1 2 3

4. HashSet的例子

HashSet dset = new HashSet();
dset.add(new Dog(2));
dset.add(new Dog(1));
dset.add(new Dog(3));
dset.add(new Dog(5));
dset.add(new Dog(4));
Iterator iterator = dset.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.print(iterator.next() + " ");
}

输出：5 3 2 1 4

注意输出顺序是不确定的。

5. LinkedHashSet的例子

LinkedHashSet dset = new LinkedHashSet();
dset.add(new Dog(2));
dset.add(new Dog(1));
dset.add(new Dog(3));
dset.add(new Dog(5));
dset.add(new Dog(4));
Iterator iterator = dset.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.print(iterator.next() + " ");
}

输出的顺序时确定的，就是插入的顺序。

2 1 3 5 4

6. 性能测试

下面的代码测试了以上三个类的add()方法的性能。

public static void main(String[] args) {
    Random r = new Random();
    HashSet<Dog> hashSet = new HashSet<Dog>();
    TreeSet<Dog> treeSet = new TreeSet<Dog>();
    LinkedHashSet<Dog> linkedSet = new LinkedHashSet<Dog>();
    // start time
    long startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
        hashSet.add(new Dog(x));
    }
    // end time
    long endTime = System.nanoTime();
    long duration = endTime - startTime;
    System.out.println("HashSet: " + duration);
    // start time
    startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
        treeSet.add(new Dog(x));
    }
    // end time
    endTime = System.nanoTime();
    duration = endTime - startTime;
    System.out.println("TreeSet: " + duration);
    // start time
    startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
        linkedSet.add(new Dog(x));
    }
    // end time
    endTime = System.nanoTime();
    duration = endTime - startTime;
    System.out.println("LinkedHashSet: " + duration);
}