List、Set、Map详解和区别

在 Java 中，List、Set、Map是常用的集合类型，它们各自具有不同的特点和用途，以下是对它们的详细介绍及区别分析：

List（列表）

• 特点：
  • 有序性：List中的元素是有序的，即元素的存入顺序和取出顺序是一致的。例如，先存入元素 A，再存入元素 B，那么按照顺序取出时，会先得到 A，然后是 B。
  • 可重复性：允许存储重复的元素。可以在同一个 List 中多次添加相同的对象。
  • 元素可通过索引访问：能够通过索引（下标）来获取、修改或删除元素，索引从 0 开始，就像操作数组一样方便。例如，可以使用 list.get(0) 获取列表中的第一个元素。
• 常见实现类及用法：
  • ArrayList：
    • 内部基于数组实现，查询效率高，因为可以通过数组下标直接定位元素。例如，在一个存储大量学生信息的 ArrayList 中查找某个学生的信息，通过索引访问速度很快。
    • 但是在进行频繁的插入和删除操作（尤其是在列表中间位置操作）时，效率相对较低，因为需要移动后续元素来保证顺序和连续性。示例代码如下：

      import java.util.ArrayList;
      import java.util.List;
      
      public class ArrayListExample {
          public static void main(String[] args) {
              List<String> arrayList = new ArrayList<>();
              arrayList.add("Apple");
              arrayList.add("Banana");
              arrayList.add("Apple");  // 允许重复添加
      
              System.out.println(arrayList.get(0));  // 通过索引获取元素
      
              arrayList.remove(1);  // 删除指定索引位置的元素
          }
      }

  • LinkedList：
    • 内部基于链表结构实现，在进行插入和删除操作时效率较高，尤其是在链表的首尾位置进行操作。例如，在实现一个队列或者栈的数据结构时，使用 LinkedList 会很方便。
    • 不过，查询效率相对 ArrayList 较低，因为要遍历链表节点来查找元素。示例代码如下：

      import java.util.LinkedList;
      import java.util.List;
      
      public class LinkedListExample {
          public static void main(String[] args) {
              List<String> linkedList = new LinkedList<>();
              linkedList.add("Dog");
              linkedList.add("Cat");
      
              linkedList.addFirst("Bird");  // 在链表头部添加元素
              linkedList.addLast("Fish");  // 在链表尾部添加元素
      
              System.out.println(linkedList.get(0));  // 通过索引获取元素
          }
      }

Set（集合）

• 特点：
  • 无序性：元素在 Set 中是没有特定顺序的，每次遍历元素的顺序可能都不一样，不同的实现类具体的存储顺序规则也不同。
  • 不可重复性：不允许存在重复的元素，即如果尝试添加一个已经在集合中的元素，添加操作将不会生效。
• 常见实现类及用法：
  • HashSet：
    • 基于哈希表实现，添加、删除和查询操作的效率通常都比较高。它通过计算元素的哈希值来确定元素在集合中的存储位置，当两个元素的哈希值相同时，会进一步通过 equals 方法来判断是否为同一个元素。例如，存储一组学生的学号，用 HashSet 可以保证学号不会重复。示例代码如下：

      import java.util.HashSet;
      import java.util.Set;
      
      public class HashSetExample {
          public static void main(String[] args) {
              Set<String> hashSet = new HashSet<>();
              hashSet.add("Red");
              hashSet.add("Blue");
              hashSet.add("Red");  // 重复元素不会被添加
      
              System.out.println(hashSet.contains("Blue"));  // 检查元素是否存在
          }
      }

  • TreeSet：
    • 基于红黑树实现，元素会按照自然顺序（如果元素类实现了 Comparable 接口）或者指定的比较器顺序进行排序存储，同时保证元素的不可重复性。例如，存储一组整数并希望它们自动按从小到大的顺序排列，就可以使用 TreeSet。示例代码如下：

      import java.util.Set;
      import java.util.TreeSet;
      
      public class TreeSetExample {
          public static void main(String[] args) {
              Set<Integer> treeSet = new TreeSet<>();
              treeSet.add(5);
              treeSet.add(3);
              treeSet.add(7);
      
              for (Integer num : treeSet) {
                  System.out.println(num);  // 元素按顺序输出
              }
          }
      }

Map（映射）

• 特点：
  • 存储键值对：Map 是一种用于存储键（Key）和值（Value）的集合，每个键对应一个唯一的值，通过键可以快速查找、获取对应的的值。
  • 键的唯一性：键在同一个 Map 中是不允许重复的，如果添加重复的键，后面添加的值会覆盖前面的值。
  • 无序性（一般情况）：大部分常见的 Map 实现类，如 HashMap，元素的存储顺序是不固定的，不过也有一些有序的 Map 实现类，比如 LinkedHashMap 可以保持插入顺序，TreeMap 可以按照键的顺序存储元素。
• 常见实现类及用法：
  • HashMap：
    • 基于哈希表实现，提供了高效的键值对存储和检索功能，是最常用的 Map 实现类。例如，在一个学生信息管理系统中，可以用学生的学号作为键，学生对象（包含姓名、成绩等信息）作为值，方便地进行信息查询和更新。示例代码如下：

      import java.util.HashMap;
      import java.util.Map;
      
      public class HashMapExample {
              public static void main(String[] args) {
                      Map<String, String> hashMap = new HashMap<>();
                      hashMap.put("name", "Alice");
                      hashMap.put("age", "20");
      
                      System.out.println(hashMap.get("name"));  // 通过键获取值
      
                      hashMap.put("name", "Bob");  // 覆盖之前键为"name"的值
              }
      }

  • LinkedHashMap：
    • 继承自 HashMap，在保持了 HashMap 的高效性能的同时，还能按照插入顺序来记录键值对，方便在需要保留操作顺序的场景中使用。例如，记录用户操作的历史记录，以操作的时间戳作为键，操作详情作为值，按照操作发生的先后顺序存储在 LinkedHashMap 中。示例代码如下：

      import java.util.LinkedHashMap;
      import java.util.Map;
      
      public class LinkedHashMapExample {
          public static void main(String[] args) {
              Map<String, String> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();
              linkedHashMap.put("key1", "value1");
              linkedHashMap.put("key2", "value2");
              linkedHashMap.put("key3", "value3");
      
              for (Map.Entry<String, String> entry : linkedHashMap.entrySet()) {
                  System.out.println(entry.getKey() + " : " + entry.getValue());
              }
          }
      }

  • TreeMap：
    • 基于红黑树实现，会按照键的自然顺序（如果键的类型实现了 Comparable 接口）或者指定的比较器顺序来排列键值对，常用于需要对键进行排序查找的场景。例如，统计单词出现的频率，以单词作为键，出现次数作为值，将它们存储在 TreeMap 中，就可以按照字母顺序查看单词及对应的频率。示例代码如下：

      import java.util.Map;
      import java.util.TreeMap;
      
      public class TreeMapExample {
          public static void main(String[] args) {
              Map<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();
              treeMap.put("apple", 3);
              treeMap.put("banana", 5);
              treeMap.put("cherry", 2);
      
              for (Map.Entry<String, Integer> entry : treeMap.entrySet()) {
                  System.out.println(entry.getKey() + " : " + entry.getValue());
              }
          }
      }

区别总结

比较维度	List	Set	Map
元素存储特点	有序，可重复	无序，不可重复	以键值对形式存储，键唯一
主要用途	适合按顺序存储、频繁通过索引访问元素的场景，如列表展示数据等	用于确保元素唯一性的场景，比如去重、判断元素是否存在等	用于通过键快速查找对应值的场景，如存储配置信息、映射关系等
常见实现类的查询效率对比（大致）	ArrayList查询快（通过索引），LinkedList查询相对慢	HashSet、TreeSet查询效率都较高，TreeSet还能有序输出元素	HashMap查询效率高，LinkedHashMap可保持插入顺序并查询，TreeMap按键排序后查询
常见实现类的插入 / 删除操作效率对比（大致）	ArrayList中间插入 / 删除慢，首尾相对好一些；LinkedList首尾插入 / 删除快	HashSet插入 / 删除效率高，TreeSet在维持排序结构下插入 / 删除相对稍慢	HashMap插入 / 删除效率高，LinkedHashMap类似，TreeMap在维持排序结构下插入 / 删除相对稍慢

通过上述对 List、Set、Map 的详细介绍和区别分析，可以根据具体的业务需求和性能要求，在 Java 编程中合理地选择和使用相应的集合类型。