Java 集合操作详解与使用指南

Java 集合框架是 Java 编程中处理数据结构的核心工具，提供了丰富的接口和类来存储、操作和管理数据。以下是 Java 集合操作的详细解析，涵盖常用类、核心操作及示例代码。

---

一、Java 集合框架的核心接口与类

1. 接口分类

• Collection 接口：所有集合的根接口。

  • List：有序且允许重复（如 ArrayList, LinkedList）。

  • Set：无序且不允许重复（如 HashSet, TreeSet）。

  • Queue：队列结构（如 LinkedList, PriorityQueue）。

• Map 接口：键值对存储（如 HashMap, TreeMap）。

2. 常用实现类

接口	实现类	特点
List	ArrayList	基于动态数组，随机访问快，增删慢（需移动元素）
	LinkedList	基于双向链表，增删快，随机访问慢
Set	HashSet	基于哈希表，无序，允许 null
	TreeSet	基于红黑树，有序（自然排序或自定义 Comparator）
Queue	PriorityQueue	基于堆，元素按优先级排序
Map	HashMap	基于哈希表，键无序，允许 null 键和值
	LinkedHashMap	保持插入顺序或访问顺序
	TreeMap	基于红黑树，键有序

---

二、集合的创建与初始化

1. List 示例

java

List<String> list1 = new ArrayList<>(); // 空列表
List<Integer> list2 = Arrays.asList(1, 2, 3); // 固定大小列表（不可添加元素）
List<String> list3 = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C")); // 可修改的列表

2. Set 示例

java

Set<String> set1 = new HashSet<>();
Set<Integer> set2 = new TreeSet<>(Arrays.asList(3, 1, 2)); // 自动排序

3. Map 示例

java

Map<String, Integer> map1 = new HashMap<>();
Map<Integer, String> map2 = new LinkedHashMap<>(); // 保持插入顺序

---

三、常见集合操作

1. 添加元素

java

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Java");
list.add(0, "Python"); // 在索引0处插入

Set<Integer> set = new HashSet<>();
set.add(10);
set.addAll(Arrays.asList(20, 30));

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("A", 1);
map.putIfAbsent("B", 2); // 仅当键不存在时插入

2. 删除元素

java

list.remove("Java"); // 按对象删除
list.remove(0); // 按索引删除

set.remove(10);
set.removeAll(Arrays.asList(20, 30));

map.remove("A");
map.remove("B", 2); // 仅当键值匹配时删除

3. 遍历集合

• List/Set 遍历：

  java

  // 增强 for 循环
  for (String s : list) { System.out.println(s); }
  
  // 迭代器
  Iterator<String> it = list.iterator();
  while (it.hasNext()) { System.out.println(it.next()); }
  
  // Java 8 forEach
  list.forEach(System.out::println);

• Map 遍历：

  java

  // 遍历键值对
  for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
      System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
  }
  
  // 遍历键或值
  map.keySet().forEach(System.out::println);
  map.values().forEach(System.out::println);

---

四、集合排序与查找

1. 排序

java

List<Integer> numbers = new ArrayList<>(Arrays.asList(3, 1, 4));
// 自然排序
Collections.sort(numbers);

// 自定义排序（降序）
Collections.sort(numbers, (a, b) -> b - a);

// Java 8 Stream 排序
List<Integer> sortedList = numbers.stream()
                                  .sorted(Comparator.reverseOrder())
                                  .collect(Collectors.toList());

2. 查找

java

int index = Collections.binarySearch(numbers, 4); // 二分查找（需先排序）
boolean exists = list.contains("Java");

---

五、线程安全集合

Java 默认集合类是非线程安全的。若需线程安全，可使用以下方法：

1. 同步包装类：

   java

   List<String> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

2. 并发集合类（推荐）：

   java

   Map<String, Integer> concurrentMap = new ConcurrentHashMap<>();
   Queue<Integer> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>();

---

六、Java 8 Stream API 操作集合

java

List<String> filteredList = list.stream()
                                .filter(s -> s.startsWith("J"))
                                .collect(Collectors.toList());

Map<String, Integer> mapFromList = list.stream()
                                       .collect(Collectors.toMap(s -> s, String::length));

int sum = list.stream()
              .mapToInt(String::length)
              .sum();

---

七、注意事项

1. ConcurrentModificationException：

   • 遍历集合时修改元素可能抛出此异常。解决方式：

     • 使用迭代器的 remove() 方法。

     • 使用并发集合类。

2. 正确实现 equals() 和 hashCode()：

   • 在自定义对象作为 Set 元素或 Map 键时需重写这两个方法。

3. 选择合适的集合类型：

   • 高频查询用 ArrayList，频繁增删用 LinkedList。

   • 需要唯一性用 Set，需要键值对用 Map。

---

通过掌握这些操作和原理，可以高效地利用 Java 集合框架解决实际问题。