集合框架-Set集合

代码：
Collection c = new ArrayList();
c.add("hello");
c.add("world");
c.add("java");

System.out.println(c);

为什么c输出的不是地址值呢?
A:Collection c = new ArrayList();
这是多态，所以输出c的toString()方法，其实是输出ArrayList的toString()
B:看ArrayList的toString()
而我们在ArrayList里面却没有发现toString()。
以后遇到这种情况，也不要担心，你认为有，它却没有，就应该去它父亲里面看看。
C:toString()的方法源码

        public String toString() {
            Iterator<E> it = iterator(); //集合本身调用迭代器方法，得到集合迭代器
            if (! it.hasNext())
                return "[]";
    
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            sb.append('[');
            for (;;) {
                E e = it.next(); //e=hello,world,java
                sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e);
                if (! it.hasNext())
                    //[hello, world, java]
                    return sb.append(']').toString();
                sb.append(',').append(' ');
            }
        }

需求：用户登录注册案例。

假如用户类的内容比较对，将来维护起来就比较麻烦，为了更清晰的分类，我们就把用户又划分成了两类

用户基本描述类

成员变量：用户名，密码

构造方法：无参构造

成员方法：getXxx()/setXxx()

用户操作类

登录，注册

分包：
A:功能划分
B:模块划分
C:先按模块划分，再按功能划分

今天我们选择按照功能划分：
用户基本描述类包 cn.itcast.pojo
用户操作接口 cn.itcast.dao
用户操作类包 cn.itcast.dao.impl
今天是集合实现，过几天是IO实现，再过几天是GUI实现，就业班我们就是数据库实现
用户测试类 cn.itcast.test

// 为了让多个方法能够使用同一个集合，就把集合定义为成员变量
// 为了不让外人看到，用private
// 为了让多个对象共享同一个成员变量，用static
private static ArrayList<User> array = new ArrayList<User>();

* Collection
* |--List
* 有序(存储顺序和取出顺序一致),可重复
* |--Set
* 无序(存储顺序和取出顺序不一致),唯一
*
* HashSet：它不保证 set 的迭代顺序；特别是它不保证该顺序恒久不变。
* 注意：虽然Set集合的元素无序，但是，作为集合来说，它肯定有它自己的存储顺序，
* 而你的顺序恰好和它的存储顺序一致，这代表不了有序，你可以多存储一些数据，就能看到效果。

        // 创建集合对象
        Set<String> set = new HashSet<String>();

        // 创建并添加元素
        set.add("hello");
        set.add("java");
        set.add("world");
        set.add("java");
        set.add("world");

        // 增强for
        for (String s : set) {
            System.out.println(s);
        }

* HashSet:存储字符串并遍历
* 问题：为什么存储字符串的时候，字符串内容相同的只存储了一个呢?
* 通过查看add方法的源码，我们知道这个方法底层依赖 两个方法：hashCode()和equals()。
* 步骤：
* 首先比较哈希值
* 如果相同，继续走，比较地址值或者走equals()
* 如果不同,就直接添加到集合中
* 按照方法的步骤来说：
* 先看hashCode()值是否相同
* 相同:继续走equals()方法
* 返回true： 说明元素重复，就不添加
* 返回false：说明元素不重复，就添加到集合
* 不同：就直接把元素添加到集合
* 如果类没有重写这两个方法，默认使用的Object()。一般来说不同相同。
* 而String类重写了hashCode()和equals()方法，所以，它就可以把内容相同的字符串去掉。只留下一个。

* 需求：存储自定义对象，并保证元素的唯一性
* 要求：如果两个对象的成员变量值都相同，则为同一个元素。
*
* 目前是不符合我的要求的：因为我们知道HashSet底层依赖的是hashCode()和equals()方法。
* 而这两个方法我们在学生类中没有重写，所以，默认使用的是Object类。
* 这个时候，他们的哈希值是不会一样的，根本就不会继续判断，执行了添加操作。

HashSet集合的add()方法的源码：

interface Collection {
    ...
}

interface Set extends Collection {
    ...
}

class HashSet implements Set {
    private static final Object PRESENT = new Object();
    private transient HashMap<E,Object> map;
    
    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }
    
    public boolean add(E e) { //e=hello,world
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }
}

class HashMap implements Map {
    public V put(K key, V value) { //key=e=hello,world
    
        //看哈希表是否为空，如果空，就开辟空间
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable(threshold);
        }
        
        //判断对象是否为null
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        
        int hash = hash(key); //和对象的hashCode()方法相关
        
        //在哈希表中查找hash值
        int i = indexFor(hash, table.length);
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            //这次的e其实是第一次的world
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
                //走这里其实是没有添加元素
            }
        }

        modCount++;
        addEntry(hash, key, value, i); //把元素添加
        return null;
    }
    
    transient int hashSeed = 0;
    
    final int hash(Object k) { //k=key=e=hello,
        int h = hashSeed;
        if (0 != h && k instanceof String) {
            return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
        }

        h ^= k.hashCode(); //这里调用的是对象的hashCode()方法

        // This function ensures that hashCodes that differ only by
        // constant multiples at each bit position have a bounded
        // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }
}


hs.add("hello");
hs.add("world");
hs.add("java");
hs.add("world");

* LinkedHashSet:底层数据结构由哈希表和链表组成。
* 哈希表保证元素的唯一性。
* 链表保证元素有素。(存储和取出是一致)

        // 创建集合对象
        LinkedHashSet<String> hs = new LinkedHashSet<String>();

        // 创建并添加元素
        hs.add("hello");
        hs.add("world");
        hs.add("java");
        hs.add("world");
        hs.add("java");

        // 遍历
        for (String s : hs) {
            System.out.println(s);
        }

* TreeSet：能够对元素按照某种规则进行排序。
* 排序有两种方式
* A:自然排序
* B:比较器排序
*
* TreeSet集合的特点：排序和唯一
*
* 通过观察TreeSet的add()方法，我们知道最终要看TreeMap的put()方法。

TreeSet的add()方法的源码解析：

interface Collection {...}

interface Set extends Collection {...}

interface NavigableMap {

}

class TreeMap implements NavigableMap {
     public V put(K key, V value) {
        Entry<K,V> t = root;
        if (t == null) {
            compare(key, key); // type (and possibly null) check

            root = new Entry<>(key, value, null);
            size = 1;
            modCount++;
            return null;
        }
        int cmp;
        Entry<K,V> parent;
        // split comparator and comparable paths
        Comparator<? super K> cpr = comparator;
        if (cpr != null) {
            do {
                parent = t;
                cmp = cpr.compare(key, t.key);
                if (cmp < 0)
                    t = t.left;
                else if (cmp > 0)
                    t = t.right;
                else
                    return t.setValue(value);
            } while (t != null);
        }
        else {
            if (key == null)
                throw new NullPointerException();
            Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
            do {
                parent = t;
                cmp = k.compareTo(t.key);
                if (cmp < 0)
                    t = t.left;
                else if (cmp > 0)
                    t = t.right;
                else
                    return t.setValue(value);
            } while (t != null);
        }
        Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
        if (cmp < 0)
            parent.left = e;
        else
            parent.right = e;
        fixAfterInsertion(e);
        size++;
        modCount++;
        return null;
    }
}

class TreeSet implements Set {
    private transient NavigableMap<E,Object> m;
    
    public TreeSet() {
         this(new TreeMap<E,Object>());
    }

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

真正的比较是依赖于元素的compareTo()方法，而这个方法是定义在 Comparable里面的。
所以，你要想重写该方法，就必须是先 Comparable接口。这个接口表示的就是自然排序。

* 如果一个类的元素要想能够进行自然排序，就必须实现自然排序接口

* TreeSet集合保证元素排序和唯一性的原理
* 唯一性：是根据比较的返回是否是0来决定。
* 排序：
* A:自然排序(元素具备比较性)
* 让元素所属的类实现自然排序接口 Comparable
* B:比较器排序(集合具备比较性)
* 让集合的构造方法接收一个比较器接口的子类对象 Comparator

        // 如果一个方法的参数是接口，那么真正要的是接口的实现类的对象
        // 而匿名内部类就可以实现这个东西
        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student s1, Student s2) {
                // 姓名长度
                int num = s1.getName().length() - s2.getName().length();
                // 姓名内容
                int num2 = num == 0 ? s1.getName().compareTo(s2.getName())
                        : num;
                // 年龄
                int num3 = num2 == 0 ? s1.getAge() - s2.getAge() : num2;
                return num3;
            }
        });

HashSet存储元素保证唯一性的代码及图解：

TreeSet存储元素自然排序和唯一的图解：