Java常用数据结构操作方法全面总结

目录

• 一、List接口及其实现类
• 二、Set接口及其实现类
• 三、Map接口及其实现类
• 四、Queue/Deque队列
• 五、Stack栈
• 六、树形结构
• 七、注意事项与最佳实践
• 总结

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一、List接口及其实现类

核心实现类

• ArrayList：基于动态数组
• LinkedList：基于双向链表

常用操作方法

List<String> list = new ArrayList<>();

// 增
list.add("元素");         // 末尾添加
list.add(0, "首位插入"); // 指定位置插入

// 删
list.remove(0);         // 按索引删除
list.remove("元素");    // 按对象删除

// 查
String element = list.get(0);       // 按索引获取
int index = list.indexOf("元素");   // 获取元素索引

// 改
list.set(0, "新值");     // 修改指定位置

// 遍历
for (String s : list) { /*...*/ }
list.forEach(System.out::println);

特点对比

• ArrayList：随机访问O(1)，插入删除O(n)
• LinkedList：随机访问O(n)，头尾操作O(1)

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二、Set接口及其实现类

主要实现类

• HashSet：无序存储
• LinkedHashSet：保持插入顺序
• TreeSet：自动排序

常用操作

Set<Integer> set = new HashSet<>();

// 增
set.add(10);        // 成功返回true

// 删
set.remove(10);     // 成功返回true

// 查
boolean exists = set.contains(10);

// 遍历
Iterator<Integer> it = set.iterator();
set.forEach(e -> System.out.println(e));

特殊方法

// TreeSet专属方法
TreeSet<Integer> sortedSet = new TreeSet<>();
sortedSet.first();        // 获取最小元素
sortedSet.tailSet(50);    // 获取≥50的子集

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三、Map接口及其实现类

主要实现类

• HashMap：快速查找
• LinkedHashMap：保持插入顺序
• TreeMap：键值排序

基础操作

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();

// 增/改
map.put("key", 100);      // 返回旧值或null

// 删
map.remove("key");        // 返回被删值

// 查
int value = map.get("key"); // 不存在返回null

// 遍历
for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
    entry.getKey();
    entry.getValue();
}

Java8+增强方法

map.getOrDefault("key", 0);     // 安全获取
map.putIfAbsent("key", 100);    // 不存在时插入
map.compute("key", (k,v) -> v+1); // 计算新值

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四、Queue/Deque队列

常用实现类

• LinkedList：双端队列
• PriorityQueue：优先级队列

队列操作

Queue<String> queue = new LinkedList<>();

// 入队
queue.offer("元素");     // 推荐使用
queue.add("元素");       // 可能抛异常

// 出队
String head = queue.poll(); // 返回并移除头元素
String peek = queue.peek(); // 仅查看不移除

双端队列操作

Deque<String> deque = new ArrayDeque<>();
deque.offerFirst("头插");
deque.offerLast("尾插");
deque.pollFirst();
deque.pollLast();

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五、Stack栈

推荐实现方式

Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();

// 入栈
stack.push(1);       // 等效addFirst()

// 出栈
int top = stack.pop(); // 等效removeFirst()

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六、树形结构

TreeMap特殊方法

TreeMap<Integer, String> treeMap = new TreeMap<>();

// 范围查询
Map.Entry<Integer, String> lower = treeMap.lowerEntry(50); // 最大key<50的条目
SortedMap<Integer, String> subMap = treeMap.subMap(20, 80); // [20,80)区间

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七、注意事项与最佳实践

1. 线程安全

   • 多线程环境使用ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList
   • Collections.synchronizedList()包装非线程安全集合

2. 性能考量

   • 随机访问：优先ArrayList
   • 频繁插入删除：考虑LinkedList
   • 大数据量去重：使用HashSet

3. 遍历删除陷阱

   // 错误方式：会抛ConcurrentModificationException
   for (String s : list) {
       if(s.equals("del")) list.remove(s);
   }
   
   // 正确方式：使用迭代器
   Iterator<String> it = list.iterator();
   while(it.hasNext()){
       if(it.next().equals("del")) it.remove();
   }
   

4. 空值处理

   • HashMap允许null键/值
   • TreeMap不允许null键
   • ConcurrentHashMap完全禁止null