Java HashSet vs TreeSet 比較指南
什麼是 Java Set？
Set 是一個不允許重複元素的集合，類似一個只收納獨特物品的魔法箱。與 List 不同，Set 沒有索引，無法通過位置存取元素，只能檢查元素是否存在。
Set 的核心特性：
- 沒有索引，無法使用
get(index)方法 - 專注於元素的存在性檢查而非位置
- 不允許重複元素，自動去重
- 無序性（除非是有序的實作如 TreeSet）
HashSet 特性
HashSet 是一個「快速但無序」的集合實作。
主要特點
- 無序：元素順序無法預測，不保證插入順序
- 高效能：基於哈希表實作，平均時間複雜度 O(1)
- 允許 null：可以儲存一個 null 元素
程式碼範例
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
public class HashSetExample {
public static void main(String[] args) {
Set<String> cities = new HashSet<>();
// 添加元素
cities.add("台北");
cities.add("高雄");
cities.add("台中");
cities.add("台北"); // 重複元素會被忽略
System.out.println("HashSet: " + cities);
// 可能輸出: [台中, 台北, 高雄] (順序隨機)
Set<Integer> numbers = new HashSet<>();
numbers.add(30);
numbers.add(10);
numbers.add(20);
System.out.println("數字: " + numbers);
// 可能輸出: [20, 10, 30] (順序隨機)
}
}TreeSet 特性
TreeSet 是一個「自動排序」的集合實作。
主要特點
- 自動排序：元素會按照自然順序或自訂規則排序
- 有序：維持元素的排序順序
- 不允許 null：加入 null 會拋出 NullPointerException
- 較慢：基於紅黑樹實作，時間複雜度 O(log n)
程式碼範例
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;
public class TreeSetExample {
public static void main(String[] args) {
Set<String> cities = new TreeSet<>();
// 添加元素
cities.add("台北");
cities.add("高雄");
cities.add("台中");
cities.add("台北"); // 重複元素會被忽略
System.out.println("TreeSet: " + cities);
// 輸出: [台中, 台北, 高雄] (按字典順序排序)
Set<Integer> numbers = new TreeSet<>();
numbers.add(30);
numbers.add(10);
numbers.add(20);
System.out.println("數字: " + numbers);
// 輸出: [10, 20, 30] (按數字大小排序)
}
}TreeSet 範圍查詢範例
// 範例：維護有序的分數列表
Set<Integer> scores = new TreeSet<>();
scores.add(85);
scores.add(92);
scores.add(78);
System.out.println("排序後的分數: " + scores);
// 輸出: [78, 85, 92]
// TreeSet 提供的範圍查詢方法
TreeSet<Integer> scoreSet = (TreeSet<Integer>) scores;
System.out.println("80分以上: " + scoreSet.tailSet(80));
// 輸出: [85, 92]詳細比較
效能分析
我們可以這樣理解：HashSet的極致速度來自於它對元素存放位置的「直接映射」，而TreeSet的速度稍慢，是因為它必須從樹的根節點開始，不斷地與其他元素進行比較，才能找到正確的插入或尋找位置。這是一種效能與功能的權衡取捨：TreeSet犧牲了一點點速度，來換取自動排序這個強大功能 。
4.4 特殊元素：null 元素可以放嗎？ HashSet：HashSet允許儲存一個null元素 。
TreeSet：TreeSet則不允許儲存null元素，如果你嘗試加入，程式會立即拋出NullPointerException（空指針異常） 。
這個看似簡單的差異，其實是由TreeSet的底層排序機制所決定的。由於TreeSet需要對所有元素進行比較（透過compareTo()方法），而null值無法進行任何比較，因此為了避免程式錯誤，它從一開始就禁止了null元素的加入 。
4.5 獨一無二的秘訣：怎麼判斷兩個元素是重複的？ Set 集合的共同特性是元素不重複，但 HashSet 和 TreeSet 對「重複」的定義不同：
HashSet 使用 hashCode() 和 equals() 方法判斷重複：
- 如果兩個元素的哈希值和內容都相等，HashSet 認為它們重複
TreeSet 使用 compareTo() 方法判斷重複：
- 如果
compareTo()返回 0，TreeSet 認為元素相等，即使其他方面不同
⚠️ 注意：在 TreeSet 中儲存自定義物件時，必須確保
compareTo()方法邏輯嚴謹，正確定義「唯一性」。例如，如果只根據學生總分排序，相同分數的不同學生會被視為重複而只保留一個。
核心差異對照表
| 特徵 | HashSet | TreeSet |
|---|---|---|
| 排序 | 無序 | 自動排序（自然或自訂） |
| 底層結構 | 哈希表（Hash Table） | 紅黑樹（Red-Black Tree） |
| 操作效率 | 平均 O(1) | O(log n) |
| 是否允許 null | 允許（一個） | 不允許 |
應用場景選擇
選擇依據：效能優先選 HashSet，排序需求選 TreeSet。
| 應用情境 | 推薦 | 理由 |
|---|---|---|
| 快速去重與檢查 記錄遊戲成就ID、統計網頁訪問者IP | HashSet | 只需快速確認資料存在性和唯一性，HashSet 的極致效能是最佳選擇 |
| 排序或範圍查詢 學生成績排名、維護字母順序名單 | TreeSet | 需要自動排序功能和範圍查詢（如找出90分以上學生），TreeSet 提供這些功能 |
- 不關心資料順序，只希望快速存取 → HashSet
- 需要自動排序集合，即使犧牲效能 → TreeSet
總結
HashSet 和 TreeSet 都遵循 Set 集合的「不儲存重複元素」核心原則，但實現方式大不相同：
- HashSet：追求極致速度的「無序」魔法箱
- TreeSet：能自動分類排序的「有序」圖書館書架
- LinkedHashSet：結合 HashSet 速度和插入順序維護的折中方案
程式設計沒有萬能工具，只有最適合當下情境的選擇。根據對這兩者特性的理解，在面對去重或組織資料問題時，就能做出明智的決策。
Contributors
lucashsu95