Java ListSet 實現原理

引言

Java中有很多集合類可以供開發者使用，其中ListSet是其中一個常用的類。ListSet類實現了Set介面和List介面，並且它是一個基於List實現的Set。ListSet和List最大的不同點是ListSet內的元素不允許重複，而List內的元素是可以重複的。本文將詳細介紹ListSet的實現原理。

背景

ListSet是一個基於List實現的Set，它是如何實現對元素的去重功能的呢？ListSet在去重時是否犧牲了一些性能，從而導致在ListSet中進行添加、刪除、查找等操作的性能比List要差？本文將深入探討這個問題。

列表實現Set介面

集成關係

ListSet類繼承了AbstractSequentialList類，而AbstractSequentialList類實現了List介面。所以，ListSet即實現了List介面，又實現了Set介面。

數組實現

在ListSet內部，元素是用一個Object數組來存儲的。在添加元素時，ListSet會先判斷要添加的元素是否在數組中已經存在，如果不存在，就添加到數組的末尾，如果已存在，則不進行任何操作。

數組擴容

在ListSet中，如果當前元素個數等於數組大小時，會進行數組的擴容。擴容的大小為當前數組大小的兩倍。擴容操作會新分配一個更大的數組，將原數組的所有元素拷貝到新數組中，再將原數組引用替換為新數組。這個操作的時間複雜度為O(n)，其中n是元素個數。

// 添加元素
public boolean add(E e) {
    if (contains(e)) {
        return false;
    } else {
        int index = size();
        if (index >= elementData.length) {
            int newCapacity = elementData.length * 2;
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
        }
        elementData[index] = e;
        modCount++;
        return true;
    }
}

Set特性保證

ListSet保證了Set的特性：不允許有重複元素，並且保證元素的順序與添加的順序相同。為了保證元素不重複，ListSet在添加元素時會先判斷要添加的元素是否已經存在。為了保證元素順序，ListSet是按添加順序來存儲元素的。

性能比較

ListSet和List的性能相比，由於List中的元素可以重複，所以List的添加、搜索操作可能會比ListSet的操作更快。但是，在刪除某個元素時，List的性能比ListSet要差，因為List刪除一個元素時需要對元素進行移動。

總結

ListSet是一個基於List實現的Set，它保證了Set的特性：元素不能重複，並且保證元素的順序與添加順序相同。在添加元素時，ListSet會先判斷要添加的元素是否已經存在。如果不存在，則添加到列表的末尾；如果已經存在，則不進行任何操作。ListSet的元素是用一個Object數組存儲的，如果元素個數達到數組大小，則進行數組的擴容操作。ListSet和List的性能相比，主要還是在元素個數的去重性能和刪除元素時的性能上有所表現。