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List、Map、Set 三个接口存取元素时，各有什么特点

🕗 发布于 2024-10-08 21:42 list  数据结构  

List、Map、Set是Java集合框架中的三个核心接口，它们在存取元素时各自具有独特的特点。以下是对这三个接口存取元素特点的详细分析：

List接口

  • 有序性：

List中的元素是有序的，它们按照插入的顺序进行排列。

  • 可重复性：

List允许存储重复的元素，即List中可以有多个相同的元素。

  • 索引访问：

List提供了基于索引的访问方式，可以通过索引（位置）来访问和修改List中的元素。这类似于数组的访问方式。

  • 实现类：

List接口的主要实现类包括ArrayList和LinkedList。ArrayList基于动态数组实现，适合随机访问，但插入和删除效率较低；LinkedList基于双向链表实现，插入和删除操作效率高，但查询效率较低。

Set接口

  • 元素唯一性：

Set中的元素是唯一的，不允许重复。如果尝试向Set中添加一个已经存在的元素，则添加操作会失败。其实通过查看源码就知道其实是Set的add方法中通过map不能存储重复的key来保证唯一的，Set 集合的 add 方法有一个 boolean 的返回值，当集合中没有某个元素，此时 add 方法可成功加入该元素时， 则返回 true，当集合含有与某个元素 equals 相等的元素时，此时 add 方法无法加入该元素， 返回结果为 false。

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

  • 无序性：

Set中的元素没有特定的顺序，即不保证元素存储的顺序与插入顺序一致。但是，某些Set的实现类（如LinkedHashSet）可以维护元素的插入顺序。

  • 无索引访问：

Set不支持通过索引来访问和修改元素。它主要通过迭代器（Iterator）或增强型for循环来遍历元素。

  • 实现类：

Set接口的主要实现类包括HashSet、LinkedHashSet和TreeSet。HashSet基于哈希表实现，查找效率高，但不保证顺序；LinkedHashSet继承自HashSet，使用双向链表维护插入顺序；TreeSet基于红黑树实现，可以按元素的自然顺序或自定义顺序进行排序。

HashSet延伸：
HashSet的存储方式

注意HashSet的存储方式是按照 hashcode 值的某种运算方式进行存储，而不是直接按 hashCode 值的大小进行存储。通过查看源码可以看到运算方式如下：

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
HashSet如何比较相等

在 Java 中，HashSet 是一个基于哈希表的数据结构，用于存储不重复的元素。当你将一个对象添加到 HashSet 中时，它会根据对象的哈希码（通过调用对象的 hashCode() 方法）来确定该对象应该存放在哪个桶（bucket）中。为了确定两个对象是否相等，HashSet 依赖两个条件：

  1. 哈希码相等：两个对象的哈希码必须相等。这是通过调用对象的 hashCode() 方法来确定的。
  2. equals 方法：如果两个对象的哈希码相等，那么 HashSet 会进一步调用对象的 equals() 方法来确认它们是否确实相等。

因此，要使 HashSet 正确比较两个对象是否相等，必须满足以下要求：

  • 覆盖 hashCode() 方法：确保两个相等的对象具有相同的哈希码。
  • 覆盖 equals() 方法：确保 equals() 方法定义了两个对象相等的逻辑。

 代码实例：

class Student {
    private String name;
    private int age;

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

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

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

public class HashSetEqualsTest {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<Student> set = new HashSet<>();
        Student p1 = new Student("Alice", 30);
        Student p2 = new Student("Alice", 30);

        set.add(p1);
        set.add(p2);

        System.out.println("Set size: " + set.size()); // 输出应为 1，因为 p1 和 p2 相等
        System.out.println(set); // 输出 Student{name='Alice', age=30}
    }
}

输出结果：

Set size: 1
[Student{name='Alice', age=30}]

 如果Student不实现hashcode和equals方法，则输入结果如下：

Set size: 2
[Student{name='Alice', age=30}, Student{name='Alice', age=30}]

Map接口

  • 键值对存储：

Map以键值对（key-value）的形式存储数据。每个键都是唯一的，但值可以重复。

  • 无序性：

Map中的键值对没有特定的顺序，即不保证键值对的存储顺序与插入顺序一致。但是，某些Map的实现类（如LinkedHashMap和TreeMap）可以维护键值对的顺序。

  • 键的唯一性：

Map中的键是唯一的，每个键最多映射到一个值。Map使用键的equals()和hashCode()方法来比较键是否相等。

  • 值的多重性：

Map中的值可以重复，即多个键可以映射到相同的值。

  1. 实现类：

Map接口的主要实现类包括HashMap、TreeMap、Hashtable、LinkedHashMap和ConcurrentHashMap。HashMap基于哈希表实现，查找效率高，但不保证顺序；TreeMap基于红黑树实现，按键的自然顺序或自定义顺序进行排序；LinkedHashMap继承自HashMap，使用双向链表维护插入顺序或访问顺序；Hashtable是线程安全的HashMap，但性能较低；ConcurrentHashMap是线程安全的HashMap，适用于高并发场景。

总结

综上所述，List、Map、Set三个接口在存取元素时各有其独特的特点。List适合存储有序的元素列表，并允许重复元素；Set适合存储不重复的元素集合，并提供了高效的查找性能；Map则适合存储键值对映射，其中键是唯一的，而值可以重复。在选择使用哪个接口时，应根据具体的应用场景和需求来决定。


原文地址：https://blog.csdn.net/chen2017sheng/article/details/142760961

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