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Revisão textual e links.
Victor Stafusa
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O método setPreferredSize() é herdado da classe Component, e como o próprio nome sugere, ele define um tamanho preferido para o JFrame. É recomendado sua utilização quando estamos fazendo uso dos Gerenciadores de Layout, pois esta é a forma que informamos a ele de que queremos que o componente seja, dentro do possível, daquele tamanho. Claro que ele pode ignorar este valor, dependendo de seu funcionamento e do espaço necessário para a distribuição de outros componentes na tela, e até devido a resolução do monitor também, mas normalmente os gerenciadores utilizam esse tamanho como base e o respeitam na hora de renderizar o componente.

Já o método setSize() define de forma da janela, de forma manual, diferente do método anterior que apenas sugere um tamanho ao gerenciador de layouts, mas também pode ser ignorado conforme o gerenciador utilizado. Você poderá utiliza-lo se o container do componente que for definir o tamanho não possuir um gerenciador de layouts ativo, caso contrário, poderá também ser ignorado.

Em via de regra, deve-se sempre utilizar o primeiro, haja visto que a não utilização de um gerenciador de layout pode trazer complicações muito maiores do que o gerenciamento de tamanho dos componentes.

Fontes:

user28595