Java集合框架概述Java：ArrayList的使用Java：LinkedList的使用Java：HashSet的使用Java：TreeSet的使用Java：HashMap的使用

目录

1、概念

2、核心体系结构

3、Collection接口及实现

3.1 List接口（有序）

3.2 Set接口（去重）

3.3 Queue接口（队列）

4、Map接口及实现

5、迭代器和工具类

5.1 迭代器 (Iterator)

5.2 比较器（Comparator）

5.3 工具类(Collections)

6、集合选择

1、概念

Java集合框架是一个统一的架构，用于表示和操作集合。它包含：

1. 接口：代表不同类型的集合，如 List, Set, Map，它们定义了集合的基本操作。
2. 实现：这些接口的具体实现类，通常是可复用的数据结构，如 ArrayList, HashSet, HashMap。
3. 算法：对集合执行有用操作的方法，如搜索和排序。这些算法被称为多态的，因为同一个方法可以在不同的接口实现上工作。

核心设计思想：通过接口和实现分离，可以只关注接口编程，而无需关心底层具体的数据结构，从而提高了代码的灵活性和可维护性。

2、核心体系结构

Java集合框架主要分为两大派系：Collection 和 Map。

Collection (单列集合)：存储一组独立的元素。它有三个主要的子接口

• List：有序、可重复 的集合。典型实现：ArrayList, LinkedList, Vector。
• Set：无序、不可重复 的集合。典型实现：HashSet, LinkedHashSet, TreeSet。
• Queue：队列，模拟了队列数据结构，通常是“先进先出”（FIFO）。典型实现：LinkedList, PriorityQueue, ArrayDeque。

Map (双列集合)：存储键值对 的集合。每个元素都包含一个键和一个值，键不可重复。典型实现：HashMap, LinkedHashMap, TreeMap, Hashtable。

3、Collection接口及实现

3.1 List接口（有序）

参考：

Java：ArrayList的使用

Java：LinkedList的使用

3.2 Set接口（去重）

线程安全：

• 对于非线程安全的 Set，可以通过 Collections.synchronizedSet() 进行包装
• 在并发场景下还有其他选择，如 ConcurrentSkipListSet（基于跳表的并发有序 Set）

元素唯一性实现：

• HashSet/LinkedHashSet 依赖 hashCode() 和 equals() 方法
• TreeSet 依赖 compareTo() 或 compare() 方法（返回0视为相等）

参考：

Java：HashSet的使用

Java：TreeSet的使用

3.3 Queue接口（队列）

线程安全：

• 对于非线程安全的 Queue，可以通过 Collections.synchronizedSet() 进行包装
• 在并发场景下还有其他选择，如 ConcurrentLinkedDeque（无界，非阻塞，高并发性能好）、LinkedBlockingDeque（可选有界，阻塞操作，吞吐量高）

4、Map接口及实现

参考：

Java：HashMap的使用

5、迭代器和工具类

5.1 迭代器 (Iterator)

所有集合都提供了迭代器，用于遍历集合中的元素。它是一种设计模式，将遍历逻辑与集合本身分离。

1List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
2Iterator<String> iterator = list.iterator();
3while (iterator.hasNext()) {
4    String element = iterator.next();
5    System.out.println(element);
6    // 可以在遍历中使用 iterator.remove() 安全地删除元素
7}
8
9// 增强for循环 (foreach) 底层就是使用了迭代器
10for (String s : list) {
11    System.out.println(s);
12}

5.2 比较器（Comparator）

Comparator是Java中的一个函数式接口，位于java.util包中。它用于定义对象的定制排序规则，允许在不修改原始类的情况下，为类对象提供多种不同的比较方式。

返回值规则：

• 负数 (< 0)：当前对象 小于 参数对象
• 零 (= 0)：当前对象 等于 参数对象
• 正数 (> 0)：当前对象 大于 参数对象

1// Comparator使用示例 - 按分数排序
2Comparator<Student> byScore = new Comparator<Student>() {
3    @Override
4    public int compare(Student s1, Student s2) {
5        return Double.compare(s1.getScore(), s2.getScore());
6    }
7};
8
9Collections.sort(students, byScore);  // 使用Comparator而不是自然排序
10
11// 使用Lambda表达式按分数降序排序
12students.sort((s1, s2) -> Double.compare(s2.getScore(), s1.getScore()));
13
14// 使用Comparator.comparing静态工厂方法，按姓名排序
15students.sort(Comparator.comparing(Student::getName));
16
17// 多级排序：先按年龄升序，再按分数降序
18Comparator<Student> complexComparator = 
19   Comparator.comparing(Student::getAge)           // 第一级：年龄升序
20              .thenComparing(
21                   Comparator.comparing(Student::getScore).reversed()  // 第二级：分数降序
22                );
23students.sort(complexComparator);
24
25// 处理null值：将null放在最后
26Comparator<Student> nullsLastComparator = Comparator.nullsLast(Comparator.comparing(Student::getName));
27
28// 自定义逻辑：优秀学生（分数>=90）优先，然后按年龄排序
29Comparator<Student> customComparator = (s1, s2) -> {
30      boolean s1Excellent = s1.getScore() >= 90;
31      boolean s2Excellent = s2.getScore() >= 90;
32            
33      if (s1Excellent && !s2Excellent) {
34            return -1; // s1排在s2前面
35      } else if (!s1Excellent && s2Excellent) {
36            return 1;  // s1排在s2后面
37      } else {
38            // 都是优秀或都不是优秀，按年龄排序
39            return Integer.compare(s1.getAge(), s2.getAge());
40      }
41};
42students.sort(customComparator);

5.3 工具类(Collections)

Collections 类提供了大量静态方法，用于操作或返回集合，非常实用。

• 排序：Collections.sort(list)
• 打乱：Collections.shuffle(list)
• 反转：Collections.reverse(list)
• 查找最大值/最小值：Collections.max(collection), Collections.min(collection)
• 线程安全包装：Collections.synchronizedList(list), Collections.synchronizedMap(map)（性能不如 ConcurrentHashMap 等并发集合）

1List<Integer> numbers = new ArrayList<>(Arrays.asList(3, 1, 4, 1, 5, 9));
2Collections.sort(numbers); // 排序
3System.out.println(numbers); // 输出: [1, 1, 3, 4, 5, 9]
4
5Collections.shuffle(numbers); // 打乱
6System.out.println(numbers); // 输出: [5, 1, 9, 3, 1, 4] (随机)
7
8List<Integer> syncList = Collections.synchronizedList(numbers); // 获取线程安全的List

6、集合选择

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