Java 集合-优快云博客

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Java 的集合框架（Java Collections Framework，JCF）是一组用于存储和操作数据的接口、实现类和算法。它提供了高效的数据结构和算法，简化了开发者的工作。Java 集合框架的核心接口和类都位于 java.util 包中。

1. 集合框架的核心接口

Java 集合框架的核心接口包括：

Collection：所有集合类的根接口，定义了基本的集合操作（如添加、删除、遍历）。
- 子接口：
  - List：有序且允许重复元素的集合。
  - Set：无序且不允许重复元素的集合。
  - Queue：队列，支持先进先出（FIFO）操作。
Map：存储键值对（Key-Value Pair），键不允许重复。

2. 常用集合类

以下是 Java 集合框架中常用的实现类：

(1) `List` 接口的实现类

ArrayList：

基于动态数组实现。
支持快速随机访问，但插入和删除效率较低。

示例：

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

LinkedList：

基于双向链表实现。
插入和删除效率高，但随机访问效率低。

示例：

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

Vector：
- 线程安全的动态数组。
- 性能较低，通常被 ArrayList 取代。

(2) `Set` 接口的实现类

HashSet：

基于哈希表实现。
无序且不允许重复元素。

示例：

Set<String> set = new HashSet<>();
set.add("Java");
set.add("Python");
set.add("Java"); // 重复元素不会被添加
System.out.println(set); // 输出: [Java, Python]

LinkedHashSet：
- 基于哈希表和链表实现。
- 保留插入顺序。

TreeSet：

基于红黑树实现。
元素按自然顺序或自定义顺序排序。

示例：

Set<String> set = new TreeSet<>();
set.add("Java");
set.add("Python");
System.out.println(set); // 输出: [Java, Python]（按字母顺序排序）

(3) `Queue` 接口的实现类

LinkedList：
- 可以用作队列或双端队列（Deque）。

PriorityQueue：

基于优先级堆实现。
元素按优先级排序。

示例：

Queue<Integer> queue = new PriorityQueue<>();
queue.add(5);
queue.add(1);
queue.add(3);
System.out.println(queue.poll()); // 输出: 1（优先级最高）

(4) `Map` 接口的实现类

HashMap：

基于哈希表实现。
键值对无序，允许 null 键和 null 值。

示例：

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("Java", 1);
map.put("Python", 2);
System.out.println(map.get("Java")); // 输出: 1

LinkedHashMap：
- 保留插入顺序或访问顺序。

TreeMap：

基于红黑树实现。
键按自然顺序或自定义顺序排序。

示例：

Map<String, Integer> map = new TreeMap<>();
map.put("Java", 1);
map.put("Python", 2);
System.out.println(map); // 输出: {Java=1, Python=2}（按字母顺序排序）

Hashtable：
- 线程安全的哈希表。
- 性能较低，通常被 HashMap 取代。

3. 集合框架的工具类

Collections：

提供静态方法用于操作集合（如排序、查找、反转）。

示例：

List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(3);
list.add(1);
list.add(2);
Collections.sort(list);
System.out.println(list); // 输出: [1, 2, 3]

Arrays：

提供静态方法用于操作数组（如排序、查找）。

示例：

int[] array = {3, 1, 2};
Arrays.sort(array);
System.out.println(Arrays.toString(array)); // 输出: [1, 2, 3]

4. 集合框架的遍历

Iterator：

用于遍历集合。

示例：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Java");
list.add("Python");
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

增强 for 循环：

示例：

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

forEach 方法：

示例：

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

5. 集合框架的线程安全

Vector 和 Hashtable：
- 线程安全，但性能较低。
Collections.synchronizedList：
- 将非线程安全的集合转换为线程安全的集合。
- 示例：
```
List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
```
ConcurrentHashMap：
- 高效的线程安全哈希表。
CopyOnWriteArrayList：
- 线程安全的 List，适用于读多写少的场景。

6. 集合框架的性能对比

集合类	数据结构	插入/删除性能	随机访问性能	是否有序	是否允许重复
`ArrayList`	动态数组	低	高	是	是
`LinkedList`	双向链表	高	低	是	是
`HashSet`	哈希表	高	-	否	否
`TreeSet`	红黑树	中	-	是	否
`HashMap`	哈希表	高	-	否	键不重复
`TreeMap`	红黑树	中	-	是	键不重复