JDK 源码分析之 Set 类详解——适配器模式的应用

编者注：本文为历史博文归档；涉及 JDK、框架与工具链版本请以当前官方文档为准。引用外链图片可能失效，阅读时请注意时效性。

JDK 源码中的 Set 类是开发过程中经常使用的集合类型。本文将对 JDK 源码中 Set 类的构造进行深入分析，帮助开发者在编程中更高效地应用。

Set 类的核心特性与实现原理

在 JDK 源码中，Set 类最常用的特性是不允许包含重复元素。那么，判断元素是否相同是如何实现的呢？我们可以通过下面的类图来直观理解：

JDK 源码分析之 Set 类图

观察上述类图，我们可以发现一个经典设计模式的应用，那就是适配器模式（Adapter Pattern）。源码将 Map 接口的对象包装成为了 Set 接口。下面我们通过代码具体分析这一实现机制。

HashSet 源码分析

首先查看 HashSet 的核心成员变量：

private transient HashMap<E, Object> map;

// Dummy value to associate with an Object in the backing Map
private static final Object PRESENT = new Object();

可见，HashSet 内部适配了 HashMap。那么它的功能是如何委托给 HashMap 结构的呢？关键在于 add 方法的实现：

public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT) == null;
}

在 HashMap 中，我们大多数时候关注的是 value，但是在 Set 的实现中，却很好地利用了已有类 HashMap 的特性。它利用了 HashMap 的 key 的唯一性来保证存储在 Set 中的元素的唯一性。

private static final Object PRESENT = new Object();

上述 PRESENT 对象是 HashMap 所有 key 对应的 value，它只是一个形式占位符，而我们真正的数据是存储在 key 中的资源。

此外，HashSet 拿到的迭代器也是基于 Map 的 keySet：

public Iterator<E> iterator() {
    return map.keySet().iterator();
}

即直接返回 Map 的 keySet 的迭代器。

LinkedHashSet 源码分析

同理，我们看看 LinkedHashSet 的实现。它提供了多个构造方法：

public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
    super(initialCapacity, loadFactor, true);
}

/**
 * Constructs a new, empty linked hash set with the specified initial
 * capacity and the default load factor (0.75).
 *
 * @param   initialCapacity   the initial capacity of the LinkedHashSet
 * @throws  IllegalArgumentException if the initial capacity is less
 *              than zero
 */
public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
    super(initialCapacity, .75f, true);
}

/**
 * Constructs a new, empty linked hash set with the default initial
 * capacity (16) and load factor (0.75).
 */
public LinkedHashSet() {
    super(16, .75f, true);
}

这些构造方法均调用了父类（HashSet）的构造函数。父类中对应的构造函数如下：

HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
    map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}

由此可见，LinkedHashSet 内部实例化了 LinkedHashMap，从而保持了元素的插入顺序。

TreeSet 源码分析

同理，我们亦可见到 TreeMap 的实现影子。在 TreeSet 中，底层存储结构为：

private transient NavigableMap<E, Object> m;

// Dummy value to associate with an Object in the backing Map
private static final Object PRESENT = new Object();

设计模式总结

综上所述，Set 接口的实现类内部均委托给了 Map 接口的实现类。虽然从某些角度理解，这也可以被视为桥接模式（Bridge Pattern）的一种变形，但从语义意义上分析，我更倾向于认为这是适配器模式的应用：将 Map 适配为 Set 接口供外部使用。

希望这篇对 JDK 源码中 Set 类的分析能对你有所帮助。

说明：本文基于早期 JDK 版本源码分析（参考图片上传时间为 2009 年）。虽然核心实现原理（基于 Map 实现 Set）在后续版本（如 JDK 1.8+）中依然保持兼容，但具体内部类名或方法细节可能随版本迭代有所调整，请以当前官方文档为准。