一、Set集合的特点
- Set集合整体特点：属于Collection家族分支，具有无序、不重复、无索引的特点。无序指添加和获取顺序不一致，不重复即不能存相同数据，无索引即不支持通过索引操作元素。
- HashSet特点及演示：是Set家族的代表实现类，使用多态方式创建，如
Set<String> set = new HashSet<>()。向其中添加元素，重复元素会被保留一个，且元素顺序与添加顺序不同，验证了无序、不重复、无索引的特点。
- LinkedHashSet特点：是Set的另一个实现类，与HashSet不同，它是有序的，添加元素的顺序与获取顺序一致，但同样不支持索引。
- TreeSet特点：具有可排序的特点，默认按升序排列元素，同时也不重复、无索引。通过添加数字类型元素可演示其排序功能。
- Set集合功能总结：Set集合的功能主要继承自Collection接口，没有额外的与索引相关的方法，常用方法如clear、size等，遍历方式与Collection一致。
二、Set底层原理
- 哈希值的概念及特点：哈希值是int类型的随机值，可视为对象的“逻辑地址”，通过
Object.hashCode()方法获取。同一对象多次调用该方法返回的哈希值相同，不同对象的哈希值大概率不同，但可能因int类型范围限制出现哈希碰撞。
- JDK1.8前HashSet底层原理：基于“数组+链表”实现的哈希表存储。首次添加元素时创建长度为16、加载因子0.75的数组
table，通过哈希值与数组长度的运算（类似求余）确定存储位置。若位置为空则直接存储；若位置已有元素，通过equals()判断是否重复，重复则不存，不重复则新元素覆盖原位置，原元素转为链表节点挂在下方。
- JDK1.8后HashSet底层优化：引入“红黑树”优化性能。当链表长度超过8且数组长度≥64时，链表转为红黑树，利用其平衡特性提升查询效率（二分查找）。
- 哈希表扩容机制：当哈希表元素个数超过
数组长度×加载因子（16×0.75=12）时，数组扩容为原来的2倍（32），并重新分配元素位置，避免链表过长导致性能下降。
- HashSet特点的底层原因：无序是因为元素存储位置由哈希值计算决定，与添加顺序无关；不重复是通过哈希值定位和
equals()比较双重机制保证；无索引是因元素可能存储在链表或红黑树中，无法通过索引直接访问。
- 红黑树的引入背景：链表长度过长时查询性能退化（O(n)），红黑树作为自平衡二叉查找树，查询复杂度为O(log n)，能有效提升大数据量下的检索效率。
- HashSet性能分析：增删改查性能均较好。查询时通过哈希值快速定位数组位置，若为红黑树则二分查找；添加时计算位置后直接存储或按树结构插入；删除时快速定位后直接移除。但存在耗内存（需存储哈希值、链表/树节点引用）、无索引、不能重复等局限性。
三、自定对象去重
- Set集合去重操作的需求：当存储多个学生对象时，若多个学生对象的成员变量值相同，需只保留一个。
- 直接使用HashSet的去重问题：新建学生对象并添加到HashSet中，发现相同内容的对象未被去重，因为不同对象的地址不同，哈希值不同，存储位置不同，Set集合认为不是重复元素。
- HashSet去重原理：对象需先计算到同一个位置，再通过equals比较内容相同才会被认为重复，因此需重写hashCode和equals方法。
- 重写hashCode和equals方法的原因：重写hashCode可让内容相同的对象哈希值相同，存储在同一位置；重写equals可避免不同对象哈希值相同但内容不同的情况，确保内容相同才判定为重复。
- 重写方法的实现方式：在IDEA中可通过右键自动生成重写的hashCode和equals方法，生成的代码会基于对象的成员变量（如名字、年龄、地址、手机号等）计算哈希值和进行内容比较。
- 重写后的去重效果：重写后，内容相同的对象哈希值相同、存储位置相同且equals比较为true，Set集合会判定为重复元素，从而实现去重，最终集合中只保留内容不同的对象。
四、LinkedHashSet集合
- LinkedHashSet的特点：是Set集合的一个实现类，具有有序、不重复、无索引的特点。有序指的是添加顺序和取出顺序一致，先加的数据在前，后加的数据在后。
- LinkedHashSet的底层原理：基于哈希表（数组+链表+红黑树）实现，同时每个元素添加时会通过双链表机制记录前后元素位置，通过头尾指针维护顺序，读取时从头指针开始顺双链表遍历，从而实现有序。
- LinkedHashSet的源码分析：其内部基于LinkedHashMap实现，LinkedHashMap中存在head（头指针）和tail（尾指针），节点类型为entry，继承自HashMap的Node，除了包含哈希值、数据、next（哈希表链表指针）外，还有before和after（双链表指针），用于记录前后节点位置。
- LinkedHashSet的性能与代价：增删改查性能好且有序，但每个节点因存储双链表指针等信息更占内存，体现了牺牲内存获取特性的设计思想。
四、TreeSet集合
- TreeSet集合的特点及底层原理：TreeSet是一个可排序的Set集合，默认按元素大小升序排列，其底层基于红黑树实现，红黑树具有自动平衡的特性，能保证插入、删除和查找操作的高效性。
- 不同类型元素的排序规则：数值类型（如Integer、Double）默认按数值大小升序排序；字符串默认按首字符的编号顺序排序；而自定义对象若不指定排序规则则无法排序，会报错。
- 自定义对象排序问题及解决方案：当向TreeSet中添加自定义对象（如老师对象）时，由于TreeSet不知道按什么规则排序，会抛出异常。有两种解决方案：一是让对象所属类实现Comparable接口，重写compareTo方法，在方法中指定排序规则，例如按年龄排序时，通过比较年龄的差值来返回正整数、负整数或零；二是在创建TreeSet集合时传入Comparator比较器对象，在比较器的compare方法中定义排序规则，例如按薪水降序排序，可利用包装类的compare方法来处理。
- 排序规则的具体实现及注意事项：实现Comparable接口时，compareTo方法的返回值决定了元素的顺序，若返回正整数则当前对象大于比较对象，排在右边，反之排在左边，返回零则视为相等，不会重复存储。实际开发中常用年龄差等一行代码实现升序排序，若要降序则调整比较顺序。使用Comparator比较器时，其优先级高于对象自身的排序规则，且在处理double类型的薪水排序时，不能直接做差后强转成整数，否则可能因精度问题导致错误，应使用包装类的compare方法来保证准确性，还可利用Lambda表达式简化比较器的代码。
- TreeSet集合的去重机制：TreeSet集合根据排序规则判断元素是否相等，若排序规则下元素相等（如年龄相同），则只保留一个，即去重；若不想去重，可在排序规则中避免返回零，让TreeSet认为元素不等。
- Java集合的选择与应用场景：ArrayList适合频繁根据索引查数据且不要求元素唯一的场景；LinkedList适合增删首尾数据较多的情况；HashSet适合增删改查都快且不在意元素顺序和重复的场景；LinkedHashSet能记住元素添加顺序且无重复；TreeSet用于对元素进行排序且无重复的场景。但实际开发中ArrayList和HashSet使用较多，排序也不一定非要用TreeSet，ArrayList也可通过其他方式排序。