Java 按照添加顺序的集合 详解

在 Java 中，若需要按照添加顺序存储和操作元素，有以下几种数据结构可供选择。这些结构在保留元素插入顺序的同时提供了不同的功能特性。

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1. 使用 ArrayList

特点

• 有序性：ArrayList 会按添加顺序存储元素。
• 允许重复：可以存储重复的元素。
• 随机访问：支持快速的按索引访问操作，时间复杂度为 O(1)。
• 线程不安全：默认情况下非线程安全，需手动同步。

示例

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        System.out.println("ArrayList: " + list); // 输出: [Apple, Banana, Cherry]
    }
}

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2. 使用 LinkedList

特点

• 有序性：LinkedList 按照插入顺序存储元素。
• 允许重复：支持重复的元素。
• 高效插入和删除：在头部或尾部插入、删除操作时间复杂度为 O(1)，但随机访问性能较差（时间复杂度 O(n)）。
• 双向链表实现：支持队列、栈等功能操作。

示例

import java.util.LinkedList;

public class LinkedListExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        System.out.println("LinkedList: " + list); // 输出: [Apple, Banana, Cherry]
    }
}

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3. 使用 LinkedHashSet

特点

• 有序性：LinkedHashSet 会按照元素的插入顺序存储。
• 去重：不允许存储重复元素。
• 底层实现：基于 HashMap 和双向链表。
• 适用场景：需要保留插入顺序，同时需要去重的场景。

示例

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkedHashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> set = new LinkedHashSet<>();
        set.add("Apple");
        set.add("Banana");
        set.add("Cherry");
        set.add("Apple"); // 重复元素将被忽略

        System.out.println("LinkedHashSet: " + set); // 输出: [Apple, Banana, Cherry]
    }
}

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4. 使用 LinkedHashMap

特点

• 有序性：LinkedHashMap 按照插入顺序存储键值对。
• 允许重复值：键不能重复，但值可以重复。
• 快速访问：支持通过键快速访问值（时间复杂度为 O(1)）。
• 底层实现：基于 HashMap 和双向链表。
• 适用场景：需要保留键值对的插入顺序。

示例

import java.util.LinkedHashMap;

public class LinkedHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashMap<Integer, String> map = new LinkedHashMap<>();
        map.put(1, "Apple");
        map.put(2, "Banana");
        map.put(3, "Cherry");

        System.out.println("LinkedHashMap: " + map); // 输出: {1=Apple, 2=Banana, 3=Cherry}
    }
}

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5. 使用 Stream 收集为有序集合

如果数据来源是无序的，例如 HashSet 或原始数组，Java 的 Stream API 提供了一种方式，将数据按插入顺序转换为有序集合。

示例：收集为 List

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class StreamOrderedExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = Arrays.asList("Cherry", "Apple", "Banana");

        List<String> orderedList = list.stream()
                                       .collect(Collectors.toList()); // 保持原始顺序

        System.out.println("Ordered List: " + orderedList); // 输出: [Cherry, Apple, Banana]
    }
}

示例：收集为 LinkedHashSet

import java.util.Arrays;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;
import java.util.stream.Collectors;

public class StreamToOrderedSet {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry", "Apple");

        Set<String> orderedSet = list.stream()
                                     .collect(Collectors.toCollection(LinkedHashSet::new));

        System.out.println("Ordered Set: " + orderedSet); // 输出: [Apple, Banana, Cherry]
    }
}

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6. 各种数据结构的性能对比

数据结构	插入顺序	允许重复	时间复杂度：插入	时间复杂度：查找	时间复杂度：删除	备注
ArrayList	保持插入顺序	允许	O(1)（尾部）	O(1)（按索引）	O(n)（中间元素）	适合频繁访问，但插入删除较慢
LinkedList	保持插入顺序	允许	O(1)（头/尾）	O(n)（随机访问）	O(1)（头/尾）	插入和删除效率高，适合队列场景
LinkedHashSet	保持插入顺序	不允许	O(1)	O(1)	O(1)	适合需要顺序且去重的场景
LinkedHashMap	保持插入顺序	键不能重复	O(1)	O(1)	O(1)	适合需要顺序且键值对存储的场景
Stream	按数据源的顺序处理	可控	与数据源有关	与数据源有关	与数据源有关	灵活，但主要用于一次性操作

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总结

在 Java 中，以下集合可以按添加顺序存储数据：

1. ArrayList 和 LinkedList：适合需要频繁增删、按顺序访问的场景。
2. LinkedHashSet 和 LinkedHashMap：适合需要顺序存储并去重或键值对操作的场景。
3. Stream：用于一次性操作，将无序数据转为有序集合。

根据实际需求，选择适合的数据结构以满足性能和功能需求。例如，若需要保留插入顺序且去重，选择 LinkedHashSet；若需要高效随机访问，则选择 ArrayList。