从源码的角度分析List与Set的区别

很多时候我们在讨论List与Set的异同点时都在说：

　　1、List、Set都实现了Collection接口

　　2、List是有序的，可以存储重复的元素，允许存入null

　　3、Set是无序的，不允许存储重复的元素，只允许存入一个null

　　4、List查询效率高，但插入删除效率低

　　5、Set检索元素效率低、但删除插入效率高

　　6、List可以通过索引操作元素，Set不能根据索引获取到元素

这里基于ArrayList/HashSet（jdk1.8）的角度进行分析两者的异同点：

一、从各自所继承的父类以及实现接口，可知两者的源头是一致的，都是从Collection接口延伸出来

二、创建ArrayList实例

不指定初始容量时，创建一个空的对象数组，与原有注释不一致，注释写着创建一个长度为10的数组，实际是在添加元素时进行判断处理的。还可以指定容量创建相应长度的数组、也可以传入一个集合来进行创建，此处就不再详细列出

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

由创建实例可知，ArrayList底层是由数组实现的，因是数组的方式实现，而数组实际是有序数据的集合，所以List也就相应是有序的，且也是能存入null。

三、创建HashSet实例

在不指定容量的情况下创建HashSet时，直接是去创建一个HashMap实例，用HashMap来实现HashSet的相关功能。可以指定容量和负载因子等进行创建，实际也是HashMap的其他构造方法

 /**
  * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has
  * default initial capacity (16) and load factor (0.75).
  */
 public HashSet() {
     map = new HashMap<>();
 }

由创建实例可知，底层实现为HashMap，既然是HashMap，按HashMap的规则，我们也就可知HashSet是无序的，因为HashMap的存储方式是先用key进行hash找到相应位置，然后再在该位置存储对应的key和value。HashSet不允许存储重复元素，是因为HashSet在添加元素时，是用该元素作为key，一个空的对象作为value进行存储的，也就相应的只能存储一个null

具体可见下图：

// Dummy value to associate with an Object in the backing Map
private static final Object PRESENT = new Object();
/**
 * Adds the specified element to this set if it is not already present.
 * More formally, adds the specified element <tt>e</tt> to this set if
 * this set contains no element <tt>e2</tt> such that
 * <tt>(e==null&nbsp;?&nbsp;e2==null&nbsp;:&nbsp;e.equals(e2))</tt>.
 * If this set already contains the element, the call leaves the set
 * unchanged and returns <tt>false</tt>.
 *
 * @param e element to be added to this set
 * @return <tt>true</tt> if this set did not already contain the specified
 * element
 */
public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}

四、List查询效率高，但插入删除效率低

a、ArrayList是数组的方式实现，数组在内存中是连续且成块存储的，在查询时直接根据索引来获取数组相应值，所以查询效率会比较高

/**
 * Returns the element at the specified position in this list.
 *
 * @param  index index of the element to return
 * @return the element at the specified position in this list
 * @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
 */
public E get(int index) {
    rangeCheck(index);

    return elementData(index);
}

b、在做插入和删除操作时，如果直接添加一个元素，不指定索引时，直接添加到数组的末尾，也会比较快，如果需要按索引去添加时就需要对原有数组的相应后续元素进行复制移位再进行对该索引对应的位置进行赋值，删除同样，把该索引的后续元素复制前移一位，然后把最后一个索引置空待GC，因此插入和删除操作效率会相对较低

//直接添加元素，在数组的最后添加（在添加元素之前，先判断数组长度是否满足，如果第一次添加，则创建一个长度为10的数组，如果非第一次添加，则判断数组长度是否充足，如果不长度不够则创建一个长度为（oldCapacity + (oldCapacity >> 1)）的新数组，
//并把旧舒服复制到新的数组中来）
public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}

//先判断索引是否有效，再判断数组长度是否充足，不充足则参照上面流程添加新数组，再进行数组的复制移位
public void add(int index, E element) {
    rangeCheckForAdd(index);

    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                     size - index);
    elementData[index] = element;
    size++;
}

//如上面解释
public E remove(int index) {
    rangeCheck(index);

    modCount++;
    E oldValue = elementData(index);

    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                         numMoved);
    elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

    return oldValue;
}

五、Set检索元素效率低、但删除插入效率高

HashSet没有get单个值得方法。在检索元素时，需要先获取map的所有数据，再进行遍历比对，所以效率会比ArrayList低。而在删除插入时，根据map的特性，只需要要对所插入的对象作为key进行hash找到相应位置，然后放入该元素即可，所以相对ArrayList的需要进行数组的复制移位来说效率会相对较高

//如上面解释，HashSet的remove实际也就是map的remove
public boolean remove(Object o) {
    return map.remove(o)==PRESENT;
}

六、List可以通过索引操作元素，Set不能根据索引获取到元素

由上面分析可知，ArrayList是数组实现，存在索引可操作元素，而HashSet是HashMap实现，需要对元素进行hash找到位置再存储，不存在直接索引获取的方式