实用指南：Java集合大调研

一、集合框架的层次结构

1.1.接口介绍

  1.1.1.Collection 接口

        Collection接口：是 List、Set 和 Queue接口的父接口，它定义了基本的集合操作，如添加、删除、遍历等。

• List 接口：有序集合（序列），元素可以重复。常见实现类有ArrayList、LinkedList、Vector（线程安全）。

• Set接口：不包含重复元素的集合。常见实现类有 HashSet、LinkedHashSet、TreeSet。

• Queue 接口：队列，通常用于存储元素。常见实现类有LinkedList、PriorityQueue。

  1.1.2.Map 接口

Map 接口：不继承自Collection，它用于存储键值对（key-value）。键不能重复，每个键最多映射到一个值。常见实现类有HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable（线程安全）。

1.2.主要实现类

  1.2.1.List 接口的实现类

• ArrayList：基于动态数组实现，支持随机访问，非线程安全。在需要频繁读取元素时性能较好。

• LinkedList：基于双向链表实现，适合频繁的插入和删除操作，同时实现了Deque接口，可以用作队列或双端队列。

• Vector：和 ArrayList 类似，但是线程安全的。它的方法大多是同步的。现在较少使用，因为即使需要线程安全，也有其他更好的选择（如使用 Collections.synchronizedList 或 CopyOnWriteArrayList）。

  1.2.2.Set 接口的实现类

• HashSet：基于哈希表实现，不保证元素的顺序，允许使用null元素。

• LinkedHashSet：具有可预测的迭代顺序，即插入顺序。它通过维护一个运行于所有条目的双向链表来实现。

• TreeSet：基于红黑树实现，元素可以按照自然顺序或者自定义的比较器进行排序。

  1.2.3.Queue 接口的实现类

• LinkedList：实现了Queue接口，可以作为队列使用。

• PriorityQueue：基于优先级堆（通常是最小堆）实现，元素按照自然顺序或者比较器顺序出队。

  1.2.4.Map接口的实现类

• HashMap：基于哈希表实现，允许null键和null值，非线程安全。

• LinkedHashMap：保留插入顺序或访问顺序（最近访问的元素可以放在最后，通过构造函数设置）。

• TreeMap：基于红黑树实现，键按照自然顺序或比较器顺序排序。

• Hashtable：线程安全的，类似于HashMap，但不允许null键和null值。现在较少使用，因为即使需要线程安全，也有ConcurrentHashMap等更好的选择。

二、代码实现

2.1.Collection接口体系

  2.1.1.List 接口（有序、可重复）

// ArrayList - 基于动态数组
List arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add("A");
arrayList.add("B");
// LinkedList - 基于双向链表
List linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.add("A");
linkedList.addFirst("B"); // 在头部添加
// Vector - 线程安全的动态数组（已过时，不推荐使用）
List vector = new Vector<>();
// Stack - 后进先出（LIFO）
Stack stack = new Stack<>();
stack.push("A");
stack.pop();

  2.1.2.Set 接口（无序、不可重复）

// HashSet - 基于哈希表，无序
Set hashSet = new HashSet<>();
hashSet.add("A");
hashSet.add("B");
// LinkedHashSet - 保持插入顺序
Set linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();
linkedHashSet.add("A");
linkedHashSet.add("B");
// TreeSet - 基于红黑树，有序
Set treeSet = new TreeSet<>();
treeSet.add("C");
treeSet.add("A"); // 自动排序：A, C

  2.1.3.Queue 接口（队列）

// LinkedList也实现了Queue接口
Queue queue = new LinkedList<>();
queue.offer("A"); // 添加元素
queue.poll();     // 移除并返回头部元素
// PriorityQueue - 优先级队列
Queue priorityQueue = new PriorityQueue<>();
priorityQueue.offer(5);
priorityQueue.offer(1); // 按自然顺序排序
// ArrayDeque - 双端队列
Deque deque = new ArrayDeque<>();
deque.addFirst("A");
deque.addLast("B");

2.2.Map 接口体系

// HashMap - 基于哈希表，键值对
Map hashMap = new HashMap<>();
hashMap.put("Apple", 1);
hashMap.put("Banana", 2);
// LinkedHashMap - 保持插入顺序
Map linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();
linkedHashMap.put("Apple", 1);
linkedHashMap.put("Banana", 2);
// TreeMap - 基于红黑树，按键排序
Map treeMap = new TreeMap<>();
treeMap.put("Banana", 2);
treeMap.put("Apple", 1); // 按键排序：Apple, Banana
// Hashtable - 线程安全（已过时）
Map hashtable = new Hashtable<>();
// ConcurrentHashMap - 线程安全的HashMap
ConcurrentHashMap concurrentMap = new ConcurrentHashMap<>();

三、集合比较

  3.1.性能比较

集合类型	获取	插入	删除	顺序	线程安全
ArrayList	O(1)	O(n)	O(n)	插入顺序	否
LinkedList	O(n)	O(1)	O(1)	插入顺序	否
HashSet	O(1)	O(1)	O(1)	无	否
TreeSet	O(log n)	O(log n)	O(log n)	排序	否
HashMap	O(1)	O(1)	O(1)	无	否
TreeMap	O(log n)	O(log n)	O(log n)	按键排序	否

  3.2.选择指南

• 需要快速随机访问：ArrayList

• 频繁插入删除：LinkedList

• 去重且不关心顺序：HashSet

• 去重且插入保持顺序：LinkedHashSet

• 去重且需要排序：TreeSet

• 键值对存储：HashMap

• 键值对且插入保持顺序：LinkedHashMap

• 键值对且按键排序：TreeMap

• 多线程环境：ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList

• 需要队列功能：LinkedList、ArrayDeque、PriorityQueue