Java 学习系列（8）：Java 集合框架详解

Java 学习系列（8）：Java 集合框架详解

1. Java 集合框架概述

Java 集合框架（Java Collections Framework，简称 JCF）是 Java 提供的一个包含多种集合类和接口的框架，用于处理数据存储和操作。集合框架为数据的存储、查询、删除等提供了统一的标准和实现。

集合框架的核心接口包括：Collection、List、Set、Queue 等，核心实现类包括：ArrayList、HashSet、LinkedList、PriorityQueue 等。

2. 集合框架的核心接口

2.1 Collection 接口

Collection 接口是 Java 集合框架的根接口，定义了集合的基本操作。所有集合类（如 List、Set）都继承自 Collection 接口。

Collection<String> collection = new ArrayList<>();
collection.add("Java");
collection.add("Python");
collection.add("C++");

2.2 List 接口

List 是一个有序集合，允许元素重复。常见实现类包括：ArrayList、LinkedList、Vector。

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Java");
list.add("Python");
list.add("C++");

2.3 Set 接口

Set 是一个不允许重复元素的集合，常见实现类包括：HashSet、LinkedHashSet、TreeSet。

Set<String> set = new HashSet<>();
set.add("Java");
set.add("Python");
set.add("Java");  // 这行会被忽略

2.4 Queue 接口

Queue 是一个用于存储等待处理元素的集合，常用于排队操作。常见实现类包括：LinkedList、PriorityQueue。

Queue<String> queue = new LinkedList<>();
queue.add("Java");
queue.add("Python");
queue.add("C++");

3. 常用集合类的详解

3.1 ArrayList

ArrayList 是一个基于动态数组实现的 List，它允许重复元素并且保持元素的插入顺序。

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Java");
list.add("Python");
list.add("C++");
System.out.println(list.get(0));  // 输出 "Java"

• 特点：
  • 支持快速随机访问。
  • 插入和删除元素时性能较差（特别是在中间位置）。

3.2 HashSet

HashSet 是一个基于哈希表实现的 Set，不允许重复元素，且不保证元素的顺序。

Set<String> set = new HashSet<>();
set.add("Java");
set.add("Python");
set.add("C++");
System.out.println(set);  // 输出无序的元素

• 特点：
  • 不允许重复元素。
  • 元素无序，查询速度快。

3.3 LinkedList

LinkedList 是一个基于链表实现的 List，支持快速的插入和删除操作。

List<String> list = new LinkedList<>();
list.add("Java");
list.add("Python");
list.add("C++");
System.out.println(list.get(1));  // 输出 "Python"

• 特点：
  • 插入和删除操作效率高。
  • 随机访问性能较差。

3.4 PriorityQueue

PriorityQueue 是一个基于优先级堆实现的队列，队列中的元素会根据优先级顺序进行排序。

Queue<Integer> queue = new PriorityQueue<>();
queue.add(10);
queue.add(20);
queue.add(5);
System.out.println(queue.poll());  // 输出 5，最小的元素

• 特点：
  • 元素按照自然顺序或自定义比较器排序。
  • 用于实现优先队列。

4. 集合类的常用操作

4.1 遍历集合

集合类提供了多种遍历元素的方式，常见的有 for 循环、Iterator 和 forEach。

使用 for 循环

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Java");
list.add("Python");
list.add("C++");

for (String language : list) {
    System.out.println(language);
}

使用 Iterator

Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

使用 forEach（Java 8+）

list.forEach(language -> System.out.println(language));

4.2 判断集合是否为空

List<String> list = new ArrayList<>();
System.out.println(list.isEmpty());  // 输出 true

list.add("Java");
System.out.println(list.isEmpty());  // 输出 false

4.3 删除元素

list.remove("Python");  // 删除元素
list.remove(0);  // 删除索引为0的元素

5. 集合的性能比较

集合类型	访问元素	插入/删除元素	线程安全	特点
ArrayList	快速	较慢（中间插入）	否	动态数组实现
LinkedList	较慢	快速（头尾插入）	否	双向链表实现
HashSet	快速	快速	否	哈希表实现
TreeSet	较慢	快速	否	红黑树实现
PriorityQueue	快速	快速	否	优先级队列

6. 总结

• Java 集合框架提供了多种类型的集合类（如 List、Set、Queue）来满足不同的数据存储和操作需求。
• 每种集合类有其特点和适用场景，例如 ArrayList 适合快速访问，HashSet 适合无序且不重复的元素存储，LinkedList 适合频繁插入删除的操作。
• 在使用集合时需要根据具体需求选择合适的实现类，了解其性能特点有助于优化代码。

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下一期：《Java 学习系列（9）：Java 并发编程详解》