Java中HashSet用法详解 ‌TreeSet和HashSet的区别

在 Java 的集合框架中，Set 接口用于存储无重复元素的集合。HashSet 和 TreeSet 是 Set 接口最常用的两个实现类，它们都保证了元素的唯一性，但在底层实现、元素顺序、性能表现等方面存在显著差异。

本文将围绕 HashSet 的基本用法、内部实现机制、常用方法，以及 HashSet 与 TreeSet 的核心区别与适用场景进行详细讲解，帮助开发者全面理解这两个集合类的使用方式与适用条件。

一、HashSet 的基本用法

HashSet 是 Java 中 Set 接口的一个常用实现类，它基于 HashMap 实现，用于存储不重复的元素集合。

1. 创建 HashSet

Set<String> set = new HashSet<>();

1. 添加元素
   

set.add("apple");
set.add("banana");
set.add("orange");

添加元素时，HashSet 会自动去重，重复添加的元素将被忽略。

1. 删除元素

set.remove("banana");

1. 判断元素是否存在
   

if (set.contains("apple")) {
    System.out.println("包含 apple");
}

1. 遍历集合
   

for (String fruit : set) {
    System.out.println(fruit);
}

遍历顺序是不确定的，因为 HashSet 不保证元素的顺序。

二、HashSet 的内部实现机制

HashSet 的实现依赖于 HashMap，它将集合中的元素作为 HashMap 的键进行存储，而值则是一个固定的 Object 实例（称为 PRESENT）。

1. 基于 HashMap 的实现

private HashMap<E, Object> map;
private static final Object PRESENT = new Object();
public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT) == null;
}

由于 HashMap 的键是唯一的，因此 HashSet 中的元素也具有唯一性。

1. 哈希算法与扩容机制

HashSet 使用对象的 hashCode() 和 equals() 方法来判断两个元素是否相等：

首先调用 hashCode() 方法获取哈希值；

哈希值决定元素的存储位置；

如果发生哈希冲突，则使用 equals() 方法判断是否为相同元素。

HashSet 会根据元素数量自动进行扩容，以保持良好的性能。

1. 不保证元素顺序

HashSet 不维护元素的插入顺序，也不保证遍历顺序，适用于只关注元素唯一性而不关心顺序的场景。

三、HashSet 的常用方法与使用技巧

1. 判断集合是否为空

if (set.isEmpty()) {
    System.out.println("集合为空");
}

1. 获取集合大小
   

int size = set.size();

1. 批量添加元素
   

set.addAll(Arrays.asList("grape", "kiwi"));

1. 批量删除元素
   

set.removeAll(Arrays.asList("apple", "banana"));

1. 清空集合
   

set.clear();

1. 转换为 List
   

List<String> list = new ArrayList<>(set);

适用于需要将集合转换为有序结构的场景。

1. 自定义类作为 HashSet 的元素

使用自定义类时，必须正确重写 hashCode() 和 equals() 方法，否则可能导致集合中出现重复元素。

class Person {
    private String name;
    @Override
    public int hashCode() {
        return name.hashCode();
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj) return true;
        if (!(obj instanceof Person)) return false;
        Person other = (Person) obj;
        return this.name.equals(other.name);
    }
}

四、HashSet 的典型应用场景

1. 数据去重

HashSet 最常见的用途是去除重复数据，例如：

List<String> duplicates = Arrays.asList("a", "b", "a", "c");
Set<String> unique = new HashSet<>(duplicates);

1. 快速查找与判断
   

由于 HashSet 的查找时间复杂度为 O(1)，适合用于快速判断某个元素是否存在于集合中。

Set<String> blackList = new HashSet<>();
blackList.add("user1");
if (blackList.contains("user1")) {
    System.out.println("禁止登录");
}

1. 集合运算（交集、并集、差集）
   

HashSet 支持集合运算，例如：

Set<String> set1 = new HashSet<>(Arrays.asList("a", "b", "c"));
Set<String> set2 = new HashSet<>(Arrays.asList("b", "c", "d"));
// 并集
set1.addAll(set2);
// 交集
set1.retainAll(set2);
// 差集
set1.removeAll(set2);

1. 缓存去重
   

在缓存系统中，可以使用 HashSet 存储已访问过的元素，避免重复处理。

Set<String> visited = new HashSet<>();
if (!visited.contains(url)) {
    // 处理 url
    visited.add(url);
}

五、TreeSet 和 HashSet 的核心区别

虽然 TreeSet 和 HashSet 都实现了 Set 接口，但它们在底层实现、元素顺序、性能表现、适用场景等方面存在明显差异。

1. 底层实现不同

HashSet 基于 HashMap 实现，使用哈希算法进行存储；

TreeSet 基于 TreeMap 实现，使用红黑树结构进行排序。

1. 元素顺序不同

HashSet 不保证元素顺序，遍历顺序是不确定的；

TreeSet 保证元素按自然顺序或自定义比较器排序。

1. 插入、删除、查找性能不同

HashSet 的插入、删除和查找操作的时间复杂度为 O(1)；

TreeSet 的插入、删除和查找操作的时间复杂度为 O(log n)，但支持范围查询。

1. 对元素的要求不同

HashSet 只依赖 hashCode() 和 equals() 方法判断是否重复；

TreeSet 要求元素实现 Comparable 接口，或在创建时传入 Comparator，否则会抛出异常。

1. 是否支持范围查询

HashSet 不支持范围查询；

TreeSet 提供了 headSet()、tailSet()、subSet() 等方法，支持高效范围操作。

1. 是否允许 null 元素

HashSet 允许一个 null 元素；

TreeSet 默认不允许 null 元素，否则会抛出 NullPointerException。

HashSet 是 Java 中实现快速去重、快速查找的理想集合类，它基于 HashMap 实现，具备高效的增删查性能，适合用于不需要排序、只关注元素唯一性的场景。

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