Java 集合

Java 集合

在 Java 编程中，集合框架（java.util 包）是处理一组对象的强大工具。与数组不同，集合提供了更灵活的数据存储和操作方式。本文将详细介绍 Java 集合框架的核心接口、常用实现类及其应用场景，帮助你更好地理解和使用集合。

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1. 什么是集合？

集合是用于存储一组对象的容器。Java 集合框架提供了多种数据结构和算法，方便开发者对数据进行增删改查等操作。集合框架主要分为两大类：

1. Collection 接口：用于存储一组对象。
2. Map 接口：用于存储键值对（key-value）。

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2. 集合框架的核心接口

2.1 Collection 接口

Collection 是集合框架的根接口，它有三个主要的子接口：

1. List：有序且允许重复元素的集合。
2. Set：无序且不允许重复元素的集合。
3. Queue：用于存储待处理元素的队列。

2.2 Map 接口

Map 用于存储键值对，键（key）是唯一的，值（value）可以重复。常见的实现类有 HashMap、TreeMap 等。

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3. 集合与数组的对比

特性	数组	集合
容量	固定大小	动态扩展
数据类型	可以存储基本类型和引用类型	只能存储引用类型
功能	功能有限	提供丰富的操作方法
适用场景	数据量固定且简单	数据量动态变化且复杂

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4. List 集合

List 是有序且允许重复元素的集合，常用的实现类有 ArrayList 和 LinkedList。

4.1 ArrayList

ArrayList 是基于动态数组实现的，适合随机访问和遍历。

常用方法：

• add(E e)：添加元素。
• remove(int index)：删除指定位置的元素。
• get(int index)：获取指定位置的元素。
• set(int index, E element)：修改指定位置的元素。

示例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Java");
        list.add("Python");
        list.add("C++");
        System.out.println(list); // 输出: [Java, Python, C++]
    }
}

4.2 LinkedList

LinkedList 是基于双向链表实现的，适合频繁的插入和删除操作。

常用方法：

• addFirst(E e)：在链表头部添加元素。
• addLast(E e)：在链表尾部添加元素。
• removeFirst()：删除链表头部的元素。
• removeLast()：删除链表尾部的元素。

示例：

import java.util.LinkedList;

public class LinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
        list.add("Java");
        list.addFirst("Python");
        list.addLast("C++");
        System.out.println(list); // 输出: [Python, Java, C++]
    }
}

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5. Set 集合

Set 是无序且不允许重复元素的集合，常用的实现类有 HashSet 和 TreeSet。

5.1 HashSet

HashSet 是基于哈希表实现的，适合快速查找和去重。

常用方法：

• add(E e)：添加元素。
• remove(Object o)：删除元素。
• contains(Object o)：判断是否包含指定元素。

示例：

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class HashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        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]
    }
}

5.2 TreeSet

TreeSet 是基于红黑树实现的，元素会按照自然顺序或自定义顺序排序。

示例：

import java.util.TreeSet;
import java.util.Set;

public class TreeSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> set = new TreeSet<>();
        set.add("Java");
        set.add("Python");
        set.add("C++");
        System.out.println(set); // 输出: [C++, Java, Python]
    }
}

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6. Map 集合

Map 用于存储键值对，常用的实现类有 HashMap 和 TreeMap。

6.1 HashMap

HashMap 是基于哈希表实现的，适合快速查找和插入。

常用方法：

• put(K key, V value)：添加键值对。
• get(Object key)：根据键获取值。
• remove(Object key)：删除指定键的映射。

示例：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class HashMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> map = new HashMap<>();
        map.put("Java", "编程语言");
        map.put("Python", "脚本语言");
        System.out.println(map.get("Java")); // 输出: 编程语言
    }
}

6.2 TreeMap

TreeMap 是基于红黑树实现的，键会按照自然顺序或自定义顺序排序。

示例：

import java.util.TreeMap;
import java.util.Map;

public class TreeMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> map = new TreeMap<>();
        map.put("Java", "编程语言");
        map.put("Python", "脚本语言");
        map.put("C++", "系统编程语言");
        System.out.println(map); // 输出: {C++=系统编程语言, Java=编程语言, Python=脚本语言}
    }
}

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7. 集合的应用场景

1. 动态数据存储：当数据量不确定时，使用集合比数组更灵活。
2. 去重：使用 Set 集合可以轻松实现数据去重。
3. 键值对存储：使用 Map 集合可以方便地存储和查找键值对。
4. 排序：使用 TreeSet 或 TreeMap 可以实现元素的自动排序。

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8. 小结

• 集合框架是 Java 中处理一组对象的强大工具，分为 Collection 和 Map 两大类。
• List 是有序且允许重复的集合，常用实现类有 ArrayList 和 LinkedList。
• Set 是无序且不允许重复的集合，常用实现类有 HashSet 和 TreeSet。
• Map 是键值对的集合，常用实现类有 HashMap 和 TreeMap。