HashSet vs TreeSet vs LinkedHashSet

使用Set集合的主要原因是因为Set集合里面没有重复的元素。Set集合有三个常见的实现类：HashSet，TreeSet，LinkedHashSet。什么时候，选择哪一个使用非常重要。简单的说，如果你关注性能，应该使用HashSet；如果你需要一个有序的Set集合，应该使用TreeSet；如果你需要一个Set集合保存了原始的元素插入顺序，应该使用LinkedHashSet。

Set接口

Set接口继承Collection接口。Set集合不允许里面存在重复元素，每个元素都必须是唯一的。你只需要往Set集合简单的添加元素，重复元素会被自动移除。

HashSet，TreeSet，LinkedHashSet对比

HashSet是基于散列表实现的，元素没有顺序；add、remove、contains方法的时间复杂度为O(1)。

TreeSet是基于树实现的（红黑树），元素是有序的；add、remove、contains方法的时间复杂度为O(log (n))。因为元素是有序的，它提供了若干个相关方法如first(), last(), headSet(), tailSet()等；

LinkedHashSet介于HashSet和TreeSet之间，是基于哈希表和链表实现的，支持元素的插入顺序；基本方法的时间复杂度为O(1)；

TreeSet例子

TreeSet<Integer> tree = new TreeSet<Integer>();
tree.add(12);
tree.add(63);
tree.add(34);
tree.add(45);
Iterator<Integer> iterator = tree.iterator();
System.out.print("Tree set data: ");
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.print(iterator.next() + " ");
}

结果输出：

Tree set data: 12 34 45 63

现在，我们换个元素类型，在进行插入，首先定义一个Dog类，如下

class Dog {
    int size;

    public Dog(int s) {
        size = s;
    }

    public String toString() {
        return size + "";
    }
}

然后，往TreeSet添加若干个Dog对象，如下：

public class Q17 {

    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Dog> dset = new TreeSet<Dog>();
        dset.add(new Dog(2));
        dset.add(new Dog(1));
        dset.add(new Dog(3));
        Iterator<Dog> iterator = dset.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.print(iterator.next() + " ");
        }
    }

}

以上代码，编译OK，但是运行时报错，如下：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: simplejava.Dog cannot be cast to java.lang.Comparable
    at java.util.TreeMap.compare(TreeMap.java:1188)
    at java.util.TreeMap.put(TreeMap.java:531)
    at java.util.TreeSet.add(TreeSet.java:255)
    at simplejava.Q17.main(Q17.java:22)

为什么呢？因为TreeSet是有序的，Dog类需要实现java.lang.Comparable接口的compareTo()，如下：

class Dog implements Comparable<Dog>{
    int size;

    public Dog(int s) {
        size = s;
    }

    public String toString() {
        return size + "";
    }
    
    @Override
    public int compareTo(Dog o) {
    return size - o.size;
    }
}

结果输出：

1 2 3

HashSet例子

        HashSet<Dog> dset = new HashSet<Dog>();
        dset.add(new Dog(2));
        dset.add(new Dog(1));
        dset.add(new Dog(3));
        dset.add(new Dog(5));
        dset.add(new Dog(4));
        Iterator<Dog> iterator = dset.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.print(iterator.next() + " ");
        }

结果输出：

5 3 2 1 4

注意顺序是不确定的。

LinkedHashSet例子

        LinkedHashSet<Dog> dset = new LinkedHashSet<Dog>();
        dset.add(new Dog(2));
        dset.add(new Dog(1));
        dset.add(new Dog(3));
        dset.add(new Dog(5));
        dset.add(new Dog(4));
        Iterator<Dog> iterator = dset.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.print(iterator.next() + " ");
        }

结果输出如下，保存了插入顺序：

2 1 3 5 4

性能测试

以下代码测试了这三个类add方法的性能：

        Random r = new Random();
        HashSet<Dog> hashSet = new HashSet<Dog>();
        TreeSet<Dog> treeSet = new TreeSet<Dog>();
        LinkedHashSet<Dog> linkedSet = new LinkedHashSet<Dog>();
        // start time
        long startTime = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
            hashSet.add(new Dog(x));
        }
        // end time

        long endTime = System.nanoTime();
        long duration = endTime - startTime;
        System.out.println("HashSet: " + duration);
        // start time
        startTime = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
            treeSet.add(new Dog(x));
        }
        // end time
        endTime = System.nanoTime();
        duration = endTime - startTime;
        System.out.println("TreeSet: " + duration);
        // start time
        startTime = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
            linkedSet.add(new Dog(x));
        }
        // end time
        endTime = System.nanoTime();
        duration = endTime - startTime;
        System.out.println("LinkedHashSet: " + duration);

结果如下，我们可以发现，HashSet性能最好（注：以上代码我自己本地测试，HashSet不一定比LinkedHashSet快...）。

HashSet: 2244768
TreeSet: 3549314
LinkedHashSet: 2263320

这个测试并不是很精准，但是基本可以反映出TreeSet是性能最差的，因为需要排序。

相关阅读：ArrayList vs. LinkedList vs. Vector

译文链接：http://www.programcreek.com/2013/03/hashset-vs-treeset-vs-linkedhashset/