编辑“︁Java Set接口”︁

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'''Java Set接口'''是[[Java集合框架]]中定义不允许重复元素的无序集合的核心接口。它扩展自[[Collection]]接口，并提供了数学集合抽象（如并集、交集、差集等操作）的具体实现。本文将全面解析Set接口的特性、实现类及实际应用。

== 概述 ==
Set接口代表一个不包含重复元素的集合，其核心特性包括：
* '''唯一性'''：通过<code>equals()</code>和<code>hashCode()</code>方法确保元素唯一
* '''无序性'''（部分实现例外）：多数实现不保证元素的存储顺序
* '''动态扩容'''：自动处理容量变化

数学上可表示为：<math>S = \{x_1, x_2, ..., x_n\}</math>，其中<math>x_i \neq x_j</math>当<math>i \neq j</math>

== 核心实现类 ==
Java集合框架提供三种主要Set实现：

<mermaid>
classDiagram
    Set <|-- HashSet
    Set <|-- LinkedHashSet
    Set <|-- TreeSet
    class Set{
        <<interface>>
        +add(E e)
        +remove(Object o)
        +contains(Object o)
    }
    class HashSet{
        -HashMap map
        +O(1)基本操作
    }
    class LinkedHashSet{
        +维护插入顺序
    }
    class TreeSet{
        +NavigableSet实现
        +元素排序
    }
</mermaid>

=== 1. HashSet ===
基于[[哈希表]]实现，提供最优查找性能（O(1)时间复杂度）：
<syntaxhighlight lang="java">
Set<String> cities = new HashSet<>();
cities.add("北京");
cities.add("上海");
cities.add("广州");
System.out.println(cities);  // 输出可能为 [广州, 北京, 上海]（无序）
</syntaxhighlight>

=== 2. LinkedHashSet ===
维护元素插入顺序的哈希集合：
<syntaxhighlight lang="java">
Set<Integer> numbers = new LinkedHashSet<>();
numbers.add(3);
numbers.add(1);
numbers.add(4);
System.out.println(numbers);  // 保证输出 [3, 1, 4]
</syntaxhighlight>

=== 3. TreeSet ===
基于[[红黑树]]实现的有序集合（自然排序或自定义Comparator）：
<syntaxhighlight lang="java">
Set<String> words = new TreeSet<>();
words.add("banana");
words.add("apple");
words.add("cherry");
System.out.println(words);  // 输出 [apple, banana, cherry]
</syntaxhighlight>

== 关键操作示例 ==
=== 基本操作 ===
<syntaxhighlight lang="java">
Set<String> set = new HashSet<>();
// 添加元素
set.add("Java");
set.add("Python");
System.out.println(set.add("Java"));  // 输出 false（重复元素）

// 删除元素
set.remove("Python");

// 遍历集合
for (String lang : set) {
    System.out.println(lang);
}
</syntaxhighlight>

=== 集合运算 ===
<syntaxhighlight lang="java">
Set<Integer> setA = new HashSet<>(Arrays.asList(1, 2, 3));
Set<Integer> setB = new HashSet<>(Arrays.asList(3, 4, 5));

// 并集
Set<Integer> union = new HashSet<>(setA);
union.addAll(setB);  // [1, 2, 3, 4, 5]

// 交集
Set<Integer> intersection = new HashSet<>(setA);
intersection.retainAll(setB);  // [3]

// 差集
Set<Integer> difference = new HashSet<>(setA);
difference.removeAll(setB);  // [1, 2]
</syntaxhighlight>

== 性能比较 ==
{| class="wikitable"
|+ 不同Set实现的时间复杂度比较
! 操作 !! HashSet !! LinkedHashSet !! TreeSet
|-
| <code>add()</code> || O(1) || O(1) || O(log n)
|-
| <code>contains()</code> || O(1) || O(1) || O(log n)
|-
| <code>next()</code> (迭代) || O(h/n) || O(1) || O(log n)
|}

== 实际应用案例 ==
=== 案例1：数据去重 ===
<syntaxhighlight lang="java">
List<String> rawData = Arrays.asList("A", "B", "A", "C");
Set<String> uniqueData = new HashSet<>(rawData);
System.out.println(uniqueData);  // 输出 [A, B, C]
</syntaxhighlight>

=== 案例2：权限管理系统 ===
<syntaxhighlight lang="java">
class User {
    private Set<String> permissions = new TreeSet<>();

    public void addPermission(String perm) {
        permissions.add(perm.toLowerCase());
    }

    public boolean hasPermission(String perm) {
        return permissions.contains(perm.toLowerCase());
    }
}
</syntaxhighlight>

== 进阶特性 ==
=== 自定义对象的Set使用 ===
必须正确重写<code>equals()</code>和<code>hashCode()</code>：
<syntaxhighlight lang="java">
class Product {
    private String id;
    // 构造函数和其他方法...

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (!(o instanceof Product)) return false;
        return id.equals(((Product) o).id);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return id.hashCode();
    }
}

Set<Product> inventory = new HashSet<>();
inventory.add(new Product("P1001"));
</syntaxhighlight>

=== 不可变Set ===
Java 9+支持：
<syntaxhighlight lang="java">
Set<String> constants = Set.of("MAX", "MIN", "DEFAULT");
// constants.add("NEW");  // 抛出UnsupportedOperationException
</syntaxhighlight>

== 最佳实践 ==
* 需要快速查找时选择<code>HashSet</code>
* 需要保持插入顺序时使用<code>LinkedHashSet</code>
* 需要排序功能时选择<code>TreeSet</code>
* 大集合优先考虑初始容量设置：<code>new HashSet<>(1000)</code>
* 并发环境考虑<code>CopyOnWriteArraySet</code>或<code>Collections.synchronizedSet()</code>

== 常见问题 ==
'''Q: Set和List的主要区别是什么？'''
* List允许重复元素并保持插入顺序
* Set保证元素唯一性但不保证顺序（除非使用特定实现）

'''Q: 为什么我的自定义对象在Set中出现重复？'''
* 未正确实现<code>hashCode()</code>/<code>equals()</code>方法
* 对象在添加后发生可变状态改变

== 总结 ==
Java Set接口提供了处理唯一元素集合的强大能力，通过不同的实现类满足各种场景需求。理解其特性、实现原理和适用场景，能够帮助开发者更高效地处理数据集合操作。

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