JavaSE核心知识点03高级特性03-01（集合框架）

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📃文章前言

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JavaSE核心知识点03高级特性03-01（集合框架）

作为Java集合框架的入门学习指南，我将从基础概念、核心接口、常用实现类、使用场景到代码示例，逐步为你讲解。内容会尽量通俗易懂，配有代码示例和对比表格，帮助你快速掌握。

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一、什么是集合框架（Collection Framework）？

集合框架 是Java中用于存储和操作一组对象的统一架构。它提供了一套标准化的接口和实现类，解决了数组的局限性（如固定长度、类型单一、操作复杂等）。

为什么需要集合框架？

• 动态扩容：无需手动管理容量
• 类型安全：通过泛型确保数据类型一致
• 高性能操作：提供丰富的API（增删改查、排序、遍历等）
• 统一标准：所有集合类遵循相同的接口规范

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二、集合框架的核心结构

Java集合框架主要分为两大类：单列集合（Collection） 和 双列集合（Map）。

1. Collection 接口（单列集合）

• List：有序、可重复
  • 常用实现类：ArrayList, LinkedList, Vector
• Set：无序、不可重复
  • 常用实现类：HashSet, LinkedHashSet, TreeSet
• Queue：队列，先进先出（FIFO）
  • 常用实现类：LinkedList, PriorityQueue

2. Map 接口（双列集合）

• 键值对（Key-Value）存储，Key不可重复
• 常用实现类：HashMap, LinkedHashMap, TreeMap, Hashtable

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三、核心接口详解与代码示例

1. List 接口

特点：有序、可重复、可通过索引访问

常用实现类对比：

实现类	数据结构	特点
ArrayList	动态数组	查询快，增删慢（需扩容或移动元素）
LinkedList	双向链表	增删快，查询慢（需遍历节点）
Vector	同步的动态数组	线程安全，性能较低（已逐渐被淘汰）

示例代码：

// ArrayList示例
List<String> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add("Apple");
arrayList.add("Banana");
arrayList.add(1, "Orange"); // 在索引1插入元素
System.out.println(arrayList); // [Apple, Orange, Banana]// LinkedList示例
List<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.add(10);
linkedList.addFirst(5); // 头部插入
linkedList.addLast(20); // 尾部插入
System.out.println(linkedList.get(1)); // 10

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2. Set 接口

特点：无序、不可重复（通过equals()和hashCode()判断）

常用实现类对比：

实现类	数据结构	特点
HashSet	哈希表	最快查询，无顺序
LinkedHashSet	哈希表+链表	保留插入顺序
TreeSet	红黑树	自然排序或自定义排序

示例代码：

// HashSet示例
Set<String> hashSet = new HashSet<>();
hashSet.add("Java");
hashSet.add("Python");
hashSet.add("Java"); // 重复元素不会被添加
System.out.println(hashSet); // 输出顺序不确定，如 [Java, Python]// TreeSet示例（自然排序）
Set<Integer> treeSet = new TreeSet<>();
treeSet.add(5);
treeSet.add(2);
treeSet.add(8);
System.out.println(treeSet); // [2, 5, 8]

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3. Map 接口

特点：键值对存储，Key唯一

常用实现类对比：

实现类	数据结构	特点
HashMap	哈希表	最快查询，无顺序（允许null键值）
LinkedHashMap	哈希表+链表	保留插入顺序或访问顺序
TreeMap	红黑树	按键自然排序或自定义排序
Hashtable	哈希表	线程安全，不允许null键值（已过时）

示例代码：

// HashMap示例
Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
hashMap.put("Alice", 25);
hashMap.put("Bob", 30);
hashMap.put("Alice", 26); // 覆盖原有值
System.out.println(hashMap.get("Bob")); // 30// TreeMap示例（按键排序）
Map<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();
treeMap.put("Orange", 5);
treeMap.put("Apple", 3);
System.out.println(treeMap); // {Apple=3, Orange=5}

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四、集合框架的通用操作

1. 遍历集合

• for-each循环（推荐）：

  List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
  for (String s : list) {System.out.println(s);
  }
  

• 迭代器（Iterator）：

  Iterator<String> it = list.iterator();
  while(it.hasNext()) {String s = it.next();if (s.equals("B")) it.remove(); // 安全删除元素
  }
  

2. 集合工具类 Collections

提供静态方法操作集合：

List<Integer> numbers = new ArrayList<>(Arrays.asList(3,1,4,2));
Collections.sort(numbers); // 排序 → [1,2,3,4]
Collections.reverse(numbers); // 反转 → [4,3,2,1]
Collections.shuffle(numbers); // 随机打乱

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五、如何选择集合类？

根据需求选择最合适的集合：

场景	推荐实现类
快速随机访问	ArrayList
频繁插入删除	LinkedList
去重且无需排序	HashSet
去重且保留插入顺序	LinkedHashSet
需要排序	TreeSet 或 TreeMap
键值对存储	HashMap（最常用）
线程安全场景	ConcurrentHashMap

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六、常见面试问题

1. ArrayList和LinkedList的区别？

   • ArrayList基于动态数组，适合随机访问；LinkedList基于链表，适合频繁增删。

2. HashMap的工作原理？

   • 通过哈希函数计算键的哈希值，存储到对应桶（数组位置），解决哈希冲突使用链表或红黑树（JDK8+）。

3. 如何保证集合的线程安全？

   • 使用Collections.synchronizedList()包装，或选择ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等并发集合。

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七、学习路线建议

1. 基础阶段：掌握ArrayList、HashMap、HashSet的常用操作
2. 进阶阶段：理解底层数据结构（如哈希表、红黑树）、泛型、迭代器
3. 高级阶段：学习线程安全集合、性能优化、Stream API操作集合

练习建议：

• 实现一个简单的学生管理系统（用集合存储学生信息）
• 统计一篇文章中每个单词出现的次数（用HashMap）
• 比较不同集合在10万次操作下的性能差异

如果有具体问题或需要更多代码示例，欢迎随时提问！

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📜文末寄语

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