Java Set 接口深度解析：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet 核心原理與去重機制

Set 接口核心特性

• 不允許重複元素：數學集合「互異性」
• 元素無順序：數學集合「無序性」（LinkedHashSet 維護插入序，TreeSet 維護排序序）
• 最多一個 null 元素

三大實作類別比較

去重核心機制：hashCode() 與 equals() 契約

Java 集合判斷兩物件是否相等的雙重檢查：

1. 先比 hashCode()：不同 → 直接判定不相等；相同 → 進入步驟 2
2. 再呼叫 equals()：回傳 true → 判定相等（去重）；false → 不相等

⚠️ 關鍵規則

• 重寫 equals() 必須重寫 hashCode()，否則違反契約導致 Set/Map 失效
• 相等物件必須有相同 hashCode；hashCode 相等物件不一定相等
• String、Integer 等包裝類已正確重寫，直接可用

程式碼實戰範例

1. HashSet：自訂物件去重

class Student {
    int id;
    public Student(int id) { this.id = id; }
    
    @Override public int hashCode() { return id; }
    @Override public boolean equals(Object obj) {
        return obj instanceof Student && ((Student)obj).id == this.id;
    }
    @Override public String toString() { return "Student[" + id + "]"; }
}

Set<Student> set = new HashSet<>();
set.add(new Student(1));
set.add(new Student(1)); // 重複，不會加入
set.add(new Student(2));
// 輸出：Student[1], Student[2]

2. TreeSet：自然排序

class Student implements Comparable<Student> {
    int id;
    // ... 建構子、hashCode、equals 同上
    @Override public int compareTo(Student o) { return this.id - o.id; }
}

Set<Student> set = new TreeSet<>();
set.add(new Student(5));
set.add(new Student(1));
set.add(new Student(3));
// 輸出：Student[1], Student[3], Student[5]（自動升序）

3. TreeSet：客製排序

class DescComparator implements Comparator<Student> {
    public int compare(Student o1, Student o2) { return o2.id - o1.id; }
}

Set<Student> set = new TreeSet<>(new DescComparator());
// 輸出：Student[5], Student[3], Student[1]（降序）

4. List 同樣可排序

List<Student> list = new ArrayList<>();
// ... 添加 5,1,2,4,3
Collections.sort(list);           // 自然排序 → [1,2,3,4,5]
Collections.sort(list, new DescComparator()); // 客製排序 → [5,4,3,2,1]

常見陷阱與最佳實踐

總結選型建議

• 單純去重、高頻查詢 → HashSet
• 需保留插入順序 → LinkedHashSet
• 需排序、範圍查詢（subSet、headSet、tailSet） → TreeSet