代码收藏家技术教程 2025-02-08

Java集合概述（Ⅱ）

基础

之前写过一个比较粗糙的版本：Java集合概述

本文章补充了Java集合体系当中的一些细节

Collection接口的方法

List接口，Set接口都会继承这些方法

List接口

特点：存取顺序有序（因为有下标），可重复（元素之间由下标区分）

List的中间插入/删除方法会导致后续元素移动

ListIterator相比于Iterator高级的地方是可以反向遍历（因为list有下标），而且可以执行add并发操作（但是add的结果本次遍历不生效，下一次可以）

Java 中的集合框架（Collection Framework）是 Java 标准库的一部分，提供了用于存储和操作一组对象的统一架构。集合框架的核心接口是 java.util.Collection，它是所有集合类的基础接口。以下是 Collection 接口及其主要实现类的详细介绍。

Collection 接口

Collection 是集合框架的根接口，定义了集合的基本操作，如添加、删除、遍历等。它继承自 Iterable 接口，因此所有集合类都支持迭代操作。

主要方法

添加元素:

boolean add(E e): 添加一个元素。

boolean addAll(Collection<? extends E> c): 添加一个集合中的所有元素。

删除元素:

boolean remove(Object o): 删除指定元素。

boolean removeAll(Collection<?> c): 删除与指定集合中相同的所有元素。

void clear(): 清空集合。

查询操作:

boolean contains(Object o): 判断集合是否包含指定元素。

boolean containsAll(Collection<?> c): 判断集合是否包含指定集合中的所有元素。

boolean isEmpty(): 判断集合是否为空。

int size(): 返回集合中元素的数量。

遍历操作:

Iterator<E> iterator(): 返回一个迭代器，用于遍历集合。

其他操作:

Object[] toArray(): 将集合转换为数组。

<T> T[] toArray(T[] a): 将集合转换为指定类型的数组。

boolean retainAll(Collection<?> c): 仅保留与指定集合中相同的元素。

Collection 的子接口

Collection 接口有三个主要的子接口：

List: 有序集合，允许重复元素。
Set: 无序集合，不允许重复元素。
Queue: 队列，支持先进先出（FIFO）或其他特定顺序的操作。

List 接口

List 是一个有序集合，允许存储重复元素。它通过索引访问元素，支持按位置插入、删除和修改元素。

主要实现类

ArrayList:
基于动态数组实现。
支持快速随机访问（通过索引）。
插入和删除元素效率较低（需要移动元素）。
线程不安全。
适用场景: 需要频繁访问元素的场景。
LinkedList:
基于双向链表实现。
插入和删除元素效率高（只需修改指针）。
随机访问效率低（需要遍历链表）。
实现了 Deque 接口，可以用作队列或栈。
适用场景: 需要频繁插入和删除元素的场景。
Vector:
基于动态数组实现，与 ArrayList 类似。
线程安全（方法使用 synchronized 修饰）。
性能较低（由于同步开销）。
适用场景: 需要线程安全的场景（已被 Collections.synchronizedList 取代）。
Stack:
继承自 Vector，实现栈数据结构（后进先出，LIFO）。
提供了 push、pop、peek 等栈操作。
适用场景: 需要栈操作的场景（推荐使用 Deque 替代）。

Set 接口

Set 是一个无序集合，不允许存储重复元素。它通常用于去重或判断元素是否存在。

主要实现类

HashSet:
基于哈希表实现。
插入、删除和查找操作的时间复杂度为 O(1)。
不保证元素的顺序。
适用场景: 需要快速查找和去重的场景。
LinkedHashSet:
继承自 HashSet，基于哈希表和链表实现。
保留元素的插入顺序。
适用场景: 需要去重且保留插入顺序的场景。
TreeSet:
基于红黑树实现。
元素按自然顺序或自定义比较器排序。
插入、删除和查找操作的时间复杂度为 O(log n)。
适用场景: 需要有序集合的场景。

Queue 接口

Queue 是一个队列接口，支持先进先出（FIFO）或其他特定顺序的操作。

主要实现类

LinkedList:
实现了 Queue 和 Deque 接口。
可以用作队列或双端队列。
适用场景: 需要队列或双端队列操作的场景。
PriorityQueue:
基于优先级堆实现。
元素按自然顺序或自定义比较器排序。
队首元素总是优先级最高的元素。
适用场景: 需要优先级队列的场景。
ArrayDeque:
基于动态数组实现的双端队列。
性能优于 LinkedList。
适用场景: 需要高效的双端队列操作的场景。

其他集合类

除了 Collection 接口及其子接口的实现类，Java 集合框架还提供了一些其他重要的类和接口：

Map 接口:
存储键值对（key-value pairs）。
主要实现类：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap。
Collections 工具类:
提供了对集合进行操作的工具方法，如排序、查找、同步等。
Arrays 工具类:
提供了对数组进行操作的工具方法。

总结

List: 有序集合，允许重复元素。常用实现类：ArrayList、LinkedList。

Set: 无序集合，不允许重复元素。常用实现类：HashSet、LinkedHashSet、TreeSet。

Queue: 队列，支持 FIFO 或其他顺序。常用实现类：LinkedList、PriorityQueue、ArrayDeque。

选择合适的集合类取决于具体的需求，如是否需要有序、是否允许重复、是否需要线程安全等。

Java中的Map接口是java.util包的一部分，用于存储键值对（Key-Value）。每个键（Key）唯一对应一个值（Value），键不可重复，但值可以重复。以下是Map接口及其所有实现类的详细介绍：

一、Map接口核心方法

方法	说明
`put(K key, V value)`	插入键值对，若键已存在则覆盖旧值
`get(Object key)`	根据键获取值，键不存在返回`null`
`containsKey(Object key)`	判断是否包含指定键
`containsValue(Object value)`	判断是否包含指定值
`remove(Object key)`	根据键删除键值对
`keySet()`	返回所有键的集合（`Set<K>`）
`values()`	返回所有值的集合（`Collection<V>`）
`entrySet()`	返回所有键值对的集合（`Set<Map.Entry<K, V>>`）
`size()`	返回键值对的数量
`clear()`	清空所有键值对

二、Map的实现类及特点

1. HashMap

数据结构：基于哈希表（数组 + 链表/红黑树，Java 8优化）。

特点：

允许null键和null值。

无序，不保证插入顺序。

线程不安全（需外部同步或使用Collections.synchronizedMap）。

查找、插入、删除操作的时间复杂度接近O(1)。

适用场景：快速访问键值对，无需排序。

2. LinkedHashMap

数据结构：哈希表 + 双向链表。

特点：

继承自HashMap，保留插入顺序或访问顺序（通过构造参数accessOrder控制）。

性能略低于HashMap，但迭代效率高（直接遍历链表）。

适用场景：需要保留插入顺序或LRU缓存（通过覆盖removeEldestEntry实现）。

3. TreeMap

数据结构：基于红黑树（自平衡二叉搜索树）。

特点：

键按自然顺序或自定义Comparator排序。

支持导航方法（如firstKey(), ceilingKey(), floorEntry()等）。

查找、插入、删除的时间复杂度为O(log n)。

适用场景：需要有序键的场景。

4. Hashtable

数据结构：类似HashMap的哈希表。

特点：

线程安全（方法用synchronized修饰），但性能较低。

不允许null键或null值。

已过时，推荐使用ConcurrentHashMap替代。

适用场景：遗留代码或需要同步的Map（不推荐新项目使用）。

5. ConcurrentHashMap

数据结构：分段锁（Java 7）或CAS + synchronized（Java 8优化）。

特点：

高并发线程安全，性能优于Hashtable。

不允许null键或null值。

Java 8后采用更细粒度的锁（每个桶单独锁）。

适用场景：高并发环境下的键值存储。

6. WeakHashMap

数据结构：哈希表，键为弱引用。

特点：

当键不再被强引用时，键值对会被自动回收。

适合缓存临时数据。

适用场景：内存敏感的缓存，如临时对象映射。

7. EnumMap

数据结构：数组存储，键为枚举类型。

特点：

键必须为枚举类型，内部用枚举顺序优化存储。

性能高效，内存紧凑。

适用场景：枚举键的映射。

8. IdentityHashMap

数据结构：哈希表，使用==代替equals()比较键。

特点：

键通过引用相等性（内存地址）判断唯一性。

适用于需要区分对象实例的场景。

适用场景：序列化、深拷贝等特殊场景。

9. Properties（特殊实现）

继承自：Hashtable，键值均为String。

特点：

专用于读取.properties配置文件。

提供load()和store()方法操作文件流。

适用场景：配置文件读写。

三、实现类对比表

实现类	线程安全	允许null键/值	排序	数据结构	时间复杂度
HashMap	否	是/是	无序	哈希表+链表/红黑树	O(1)
LinkedHashMap	否	是/是	插入/访问顺序	哈希表+双向链表	O(1)
TreeMap	否	否/是	自然或Comparator	红黑树	O(log n)
Hashtable	是	否/否	无序	哈希表	O(1)
ConcurrentHashMap	是	否/否	无序	分段锁或CAS	O(1)
WeakHashMap	否	是/是	无序	哈希表（弱引用键）	O(1)
EnumMap	否	否/是	枚举顺序	数组	O(1)
IdentityHashMap	否	是/是	无序	哈希表（引用相等）	O(1)