【Java集合夜话】第2篇：Collection家族，一场优雅的探索之约

最新推荐文章于 2026-01-04 20:00:13 发布

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#java #集合 #面试

在上一章中，我们对Java集合框架有了整体认识。🌹
现在，让我们深入探索Collection家族中的每位"明星成员"，不仅要了解它们的特性，更要掌握一些实用的记忆技巧，帮助你对这些集合类型烂熟于心。🌹
如有描述不准确之处，欢迎大家指出交流。🌹

文章目录

Java Collection接口家族详解

Java Collection接口家族详解

在Java集合框架中，Collection接口家族就像一个精心设计的工具箱，每个工具都有其独特的用途。本文将深入介绍这些"明星"集合类，带你掌握它们的特点和最佳实践。

Collection框架概览

下面用一张图来表示Collection家族之间的关系，以及里面的一些常见集合的优缺点。

Collection框架体系

Collection接口家族主要成员

List: 有序可重复集合
- ArrayList：最常用的List实现,
- LinkedList：适合频繁增删的场景
- Vector：早期的线程安全实现
Set: 不重复集合
- HashSet：无序唯一集合
- LinkedHashSet：有序唯一集合
- TreeSet：排序唯一集合
Queue: 队列集合
- PriorityQueue：优先队列
- Deque：双端队列
- Stack：后进先出栈
- ArrayDeque：数组双端队列
- ConcurrentLinkedQueue：并发队列

List详解

由浅：

常见实现类对比

ArrayList

基于动态数组实现
查询速度快，插入和删除慢
需要考虑扩容机制
最常用的List实现

最常用的List实现,是基于动态数组实现（之所以叫动态是因为数组容量可以动态变化）、查询速度快、插入和删除慢。这点很容易理解，数组一般需要一开始就定义好容量，如果空间不够用了，需要扩容，重新定义一个大的空间（怎么定义大空间又涉及到扩容机制，这里浅的时候咱不细谈）。然后将元素全部在放到这个空间中去，这里的操作会有时间成本问题。但是因为是数组实现，可以通过寻址立马查到某一个元素，所以效率高。

LinkedList

基于双向链表实现
插入删除快，查询慢
不存在扩容问题
适合频繁增删场景

适合频繁增删的场景,LinkedList可以和ArrayList做一个鲜明的对比：LinkedList采用双向链表实现,由一个个Node节点通过前后指针相连。由于链表结构的特性,它不需要像数组那样预分配连续空间,只要堆内存充足就可以不断添加节点。在插入操作时,只需修改插入位置前后节点的指针指向即可,不需要像ArrayList那样移动大量元素;删除操作也只需要修改待删除节点前后节点的指针指向,操作复杂度都是O(1)。但需要注意的是,虽然增删效率高,但查找元素时需要遍历链表,性能不如ArrayList。

Vector

线程安全版ArrayList
性能较差（synchronized实现）
已被CopyOnWriteArrayList替代

早期的线程安全实现, Vector又可以和ArrayList做一个鲜明的对比：两个都是基于动态数组实现，但是Vector是线程安全的，所以他的方法都加了synchronized关键字，但正是由于这个原因，所以它的效率低。
这里大家要知道synchronized是一个重量级的锁，在并发量大的情况下，性能会下降。所以我们基本上很少使用Vector。而是使用CopyOnWriteArrayList。

源码深入分析

入深：

1. ArrayList源码解析

// 底层数组实现
transient Object[] elementData;

// 默认初始容量
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

// 核心扩容方法
private void grow(int minCapacity) {
   
   
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); // 扩容为原来的1.5倍
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

ArrayList的核心原理主要体现在以下几个方面：

扩容机制

当容量不足时，会触发grow方法进行扩容
默认扩容为原容量的1.5倍(oldCapacity + oldCapacity >> 1)
扩容过程中会创建新数组并复制元素，性能开销较大
因此在已知元素数量的情况下，建议使用带初始容量的构造方法

线程安全性

ArrayList是非线程安全的
多线程并发修改时可能导致数据不一致
如需线程安全可以：
1. 使用Collections.synchronizedList()包装
2. 使用CopyOnWriteArrayList
3. 自行加锁控制并发访问

删除元素原理

删除指定位置元素时，会将该位置后的所有元素向前移动一位
元素移动通过System.arraycopy实现
删除操作的时间复杂度为O(n)
频繁删除场景建议使用LinkedList

遍历性能

支持随机访问，通过索引访问元素的时间复杂度为O(1)
for循环遍历性能优于迭代器遍历
不要在遍历过程中对List进行结构性修改，会导致ConcurrentModificationException

这些特性决定了ArrayList适合读多写少的场景，不适合频繁增删和并发访问的场景。在使用时需要根据实际情况权衡选择合适的List实现类。

2. LinkedList源码解析

// 节点定义
private static class Node<E> {
   
   
    E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;
    
    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
   
   
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

// 头尾指针
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;

// 添加元素实现
void linkLast(E e) {
   
   
    final Node<E> l = last;
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null</