面试题：Java中Set集合去重原理及常见实现方式

Question

在Java中，Set集合的主要特性是元素的唯一性。请阐述Set集合是如何实现元素去重的？以HashSet为例，说明其去重的具体原理。另外，除了HashSet，还有哪些常见的Set集合实现类，它们在去重机制上有什么不同？

Answer 1

1. Set集合实现元素去重的方式：
   • Set集合通过equals()方法和hashCode()方法来实现元素去重。当向Set集合中添加元素时，Set首先会调用元素的hashCode()方法获取其哈希码，根据哈希码计算元素在集合中的存储位置。如果该位置没有元素，就直接添加。如果该位置已有元素，再调用equals()方法比较这两个元素是否相等。如果相等，则不添加新元素；如果不相等，则以某种方式（如链表法解决哈希冲突）将新元素存储在该位置。
2. HashSet去重的具体原理：
   • 计算哈希码：当调用HashSet的add方法添加元素时，首先调用元素的hashCode()方法获取哈希码值。例如，假设元素为obj，则调用obj.hashCode()。
   • 确定存储位置：根据哈希码值，通过特定的哈希算法（如hash & (table.length - 1)，这里hash是哈希码值，table是HashSet内部存储元素的数组）计算出元素在哈希表中的存储位置。
   • 冲突处理及去重：如果该位置为空，直接将元素放入该位置。如果该位置已有元素，就调用新元素和该位置元素的equals()方法进行比较。若equals()方法返回true，说明两个元素相等，不添加新元素；若返回false，则说明两个元素不相等，HashSet会采用链表法（JDK 1.8之前）或红黑树法（JDK 1.8及之后，当链表长度达到一定阈值时会转换为红黑树）来处理冲突，将新元素存储在该位置的链表或红黑树中。
3. 其他常见Set集合实现类及去重机制差异：
   • TreeSet：
     • 去重机制：TreeSet是基于红黑树实现的有序Set集合。它去重依赖于元素的自然顺序（元素实现Comparable接口）或自定义的比较器（创建TreeSet时传入Comparator）。当添加元素时，TreeSet会根据比较规则将元素插入到合适的位置。如果比较结果认为新元素与已有的某个元素相等（compareTo或compare方法返回0），则不添加新元素。
     • 与HashSet区别：HashSet是无序的，主要通过哈希码和equals方法去重；而TreeSet是有序的，通过元素的比较来决定是否重复，且比较规则更为灵活，可以基于自然顺序或自定义比较器。
   • LinkedHashSet：
     • 去重机制：LinkedHashSet继承自HashSet，并维护了一个双向链表来记录元素插入的顺序。它的去重机制和HashSet基本相同，也是通过hashCode()和equals()方法。但由于维护了链表结构，它能保证元素的插入顺序。
     • 与HashSet区别：HashSet不保证元素的顺序，而LinkedHashSet保证元素按照插入顺序或访问顺序（如果开启了访问顺序模式）存储，在去重的基础上增加了顺序性的特点。