Java Set 接口實戰指南：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet 核心差異與最佳實踐

Set 三大實現類核心差異

HashSet：正確覆寫 hashCode() 與 equals()

public class Student {
    private int id;
    public Student(int id) { this.id = id; }
    
    @Override public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (!(o instanceof Student)) return false;
        return id == ((Student) o).id;
    }
    
    @Override public int hashCode() {
        return Objects.hash(id); // 或 return id;
    }
    
    @Override public String toString() { return "Student[" + id + "]"; }
}

// 測試
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));
System.out.println(set); // [Student[1], Student[2]] 順序不定

鐵律：equals() 相等 → hashCode() 必須相等。
違反會導致：Set 中出現邏輯重複元素、contains() 失效、無法移除。

TreeSet：兩種排序策略

策略一：自然排序 (實作 Comparable)

public class Student implements Comparable<Student> {
    private int id;
    // ... 建構子、getter
    
    @Override public int compareTo(Student o) {
        return Integer.compare(this.id, o.id); // 升序
        // return o.id - this.id; // 降序 (注意溢位風險，建議用 compare)
    }
}

// 使用
Set<Student> set = new TreeSet<>();
set.add(new Student(5));
set.add(new Student(1));
set.add(new Student(3));
System.out.println(set); // [Student[1], Student[3], Student[5]]

策略二：客製比較器 (Comparator)

// 學生類別無需實作 Comparable
public class Student { /* 僅含 id、equals/hashCode */ }

// 獨立比較器類別
public class StudentIdDescComparator implements Comparator<Student> {
    @Override public int compare(Student s1, Student s2) {
        return Integer.compare(s2.getId(), s1.getId()); // 降序
    }
}

// 使用：建構 TreeSet 時傳入比較器
Set<Student> set = new TreeSet<>(new StudentIdDescComparator());
// 或 Lambda (Java 8+)
Set<Student> set = new TreeSet<>((s1, s2) -> Integer.compare(s2.getId(), s1.getId()));

LinkedHashSet：保持插入順序的去重神器

Set<String> set = new LinkedHashSet<>();
set.add("delta");
set.add("alpha");
set.add("epsilon");
set.add("beta");      // 新增
set.add("alpha");     // 重複，忽略
set.add("gamma");
System.out.println(set); // [delta, alpha, epsilon, beta, gamma] 完全保持插入序

內部維護雙向鏈表串聯所有條目，迭代器按鏈表順序遍歷。LRU 快取 經典實現基礎。

List 也能排序：Collections.sort() 靈活運用

List<Student> list = new ArrayList<>();
list.add(new Student(5));
list.add(new Student(1));
list.add(new Student(3));

// 自然排序 (需實作 Comparable)
Collections.sort(list); 
System.out.println(list); // [1, 3, 5]

// 客製比較器排序
Collections.sort(list, (s1, s2) -> Integer.compare(s2.getId(), s1.getId()));
System.out.println(list); // [5, 3, 1]

// 多關鍵字排序 (Java 8+ Comparator 鏈式)
Collections.sort(list, Comparator
    .comparingInt(Student::getId)
    .thenComparing(Student::getName));

避坑指南

• 可變物件放入 Set：若物件在 Set 中被修改導致 equals/hashCode 變化，Set 行為未定義 (找不到、無法移除)。解法：存入不可變物件、或移除後修改再加入。
• TreeSet 比較器與 equals 不一致：compare(a,b)==0 但 !a.equals(b) → 違反 Set 契約，導致邏輯重複。原則：比較器判定相等必須蘊含 equals 相等。
• 大量資料去重：優先 HashSet，預估容量避免擴容 new HashSet<>(expectedSize * 4/3)。
• 並發環境：用 ConcurrentHashMap.newKeySet() 或 Collections.synchronizedSet()。

轉載自：liuling 博客