Java设计模式之适配器模式：深入JDK源码探秘Set类
在Java编程中，Set类作为一个不允许存储重复元素的集合，广泛应用于数据去重、集合运算等场景。然而，你是否曾好奇Set类是如何在底层实现元素唯一性判断的？这背后隐藏的力量正是适配器模式。
适配器模式简介
适配器模式（Adapter Pattern）是一种结构型设计模式，它允许将一个类的接口转换成客户端期望的另一个接口，从而使原本不兼容的类可以一起工作。适配器模式的核心思想是通过适配器类来转换接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的类能够协同工作。
在适配器模式中，通常包含三个角色：
- Target（目标接口）：定义客户端所期待的接口。
- Adaptee（适配者）：已经存在的类，需要适配的类，它提供了一些有用的方法，但接口不符合客户端的要求。
- Adapter（适配器）：适配器类，它实现了目标接口，并将请求转发给适配者类。
Set类中的适配器模式应用
在JDK源码中，Set类的实现巧妙地运用了适配器模式。具体来说，HashSet、LinkedHashSet和TreeSet这三个主要的Set实现类，都通过适配器模式实现了各自的功能。
- HashSet
HashSet内部持有一个transient的HashMap实例，通过HashMap的键的唯一性来保证Set中元素的唯一性。当我们调用HashSet的add方法时，实际上是将元素作为HashMap的键，而一个固定的PRESENT对象作为值，存入了HashMap中。这样一来，通过HashMap键的唯一性，就轻松保证了Set中元素的唯一性。
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private transient HashMap<E,Object> map; | |
private static final Object PRESENT = new Object(); | |
public boolean add(E e) { | |
return map.put(e, PRESENT) == null; | |
} |
获取HashSet的迭代器时，它直接返回的是HashMap的键集合的迭代器，这使得我们在遍历HashSet时，实际上是在遍历HashMap的键，从而获取到Set中的所有元素。
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public Iterator<E> iterator() { | |
return map.keySet().iterator(); | |
} |
- LinkedHashSet
LinkedHashSet在构造函数中调用了父类的构造函数，最终创建了一个LinkedHashMap。LinkedHashSet利用LinkedHashMap的有序特性，不仅实现了元素的唯一性，还能保持元素插入的顺序，为我们提供了一种有序的Set实现。
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public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) { | |
super(initialCapacity, loadFactor, true); | |
} |
其构造函数最终会调用到类似这样的父类构造函数，创建一个LinkedHashMap实例。
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HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) { | |
map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor); | |
} |
- TreeSet
TreeSet内部持有一个transient的NavigableMap实例，通过将元素存储在NavigableMap中，并利用其排序功能，实现了对元素的有序存储和操作，为我们提供了一个有序且不重复的Set集合。
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private transient NavigableMap<E,Object> m; | |
private static final Object PRESENT = new Object(); |
适配器模式的优势
通过适配器模式，Set类实现了与不同底层数据结构（如HashMap、LinkedHashMap和TreeMap）的无缝对接，从而提供了高效且灵活的集合操作。适配器模式的优势主要体现在以下几个方面：
- 提高了类的复用性：通过适配器模式，我们可以将已有的类进行复用，而无需修改其结构。
- 提高了系统的灵活性和可扩展性：当需要引入一个新的接口时，只需增加一个新的适配器类，而无需修改原有代码。
- 降低了系统间的耦合度：通过适配器模式，我们可以将原本紧密耦合的两个系统解耦，从而提高系统的可维护性和稳定性。
总结
通过深入剖析JDK源码中Set类对适配器模式的应用，我们不仅揭开了Set类高效实现元素唯一性判断和操作的神秘面纱，更深刻体会到了设计模式在优化代码结构、提高代码复用性和灵活性方面的巨大威力。在日常编程中，我们应深入源码，学习大师们的设计思路和技巧，不断提升自己的编程水平，打造出更加高效、健壮、优雅的软件系统。