Java Collection集合框架：体系、核心与选型
目录
一、集合框架的顶层设计：接口与层次
1. 两大核心接口：Collection 和 Map
2. Collection接口的三大派系
二、核心实现类详解
1. List家族实现
2. Set家族实现
3. Queue/Deque家族实现
PriorityQueue：
ArrayDeque：
三、如何选择正确的集合？
总结原则：
Java集合框架（Java Collections Framework, JCF）是一个用于表示和操作集合的统一架构。它封装了各种经典的数据结构，提供了了一系列接口、实现和算法，极大地提高了开发效率和数据处理的灵活性。
一、集合框架的顶层设计：接口与层次
集合框架的核心围绕着一组清晰的接口展开，这种“面向接口编程”的设计使得算法和数据结构解耦，非常灵活。
1. 两大核心接口：Collection 和 Map
首先必须明确，Java集合分为两大家族：
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Collection：存储单一元素的集合。它有三个主要的子接口。 -
Map：存储键值对（Key-Value）的集合。它自成体系。
（由于您问的是Collection，我们主要聚焦于此，但会简要对比Map以形成完整认知）。
2. Collection接口的三大派系
Collection 接口下主要有三个子接口，定义了三种不同的集合特性：
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List（列表） - 有序、可重复-
核心特征：元素有明确的顺序（插入顺序），可以通过索引（下标）精确访问元素，且允许存储重复元素。
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好比：一个动态数组。
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Set（集） - 无序、不可重复-
核心特征：不允许包含重复元素。最多包含一个
null元素。大多数实现不保证维护元素的顺序。 -
好比：数学中的“集合”概念。
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Queue（队列） - 先进先出（FIFO） / 优先级队列-
核心特征：用于在处理之前保存元素的集合。除了基本的收集功能，还提供了额外的插入、提取和检查操作。
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子接口：
Deque（双端队列），支持在两端插入和移除元素。 -
好比：现实中的排队。
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为了更直观地理解这个层次结构，下图描绘了Collection集合框架的核心接口与实现类之间的关系：
二、核心实现类详解
光有接口不够，我们需要看它们的具体实现。上述图表中列出的实现类，是我们在日常开发中最常打交道的对象。
1. List家族实现
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ArrayList：-
底层结构：动态数组。
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特点：查询快（随机访问），增删慢。因为基于数组，通过索引查询的时间复杂度是O(1)；但在中间插入或删除元素需要移动后续所有元素，效率是O(n)。
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适用场景：读多写少，需要频繁根据索引访问元素的场景。
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LinkedList：-
底层结构：双向链表。
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特点：增删快，查询慢。在链表头尾增删元素效率很高O(1)，但在指定位置插入或查询需要遍历链表，效率是O(n)。
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额外功能：实现了
Deque接口，可以被用作栈、队列或双端队列。 -
适用场景：写多读少，需要频繁在头部和尾部进行插入删除操作的场景。
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Vector（已过时）：-
与
ArrayList类似，但它是线程安全的（方法上用synchronized修饰）。 -
因其性能差，已被
Collections.synchronizedList()和JUC包下的并发容器（如CopyOnWriteArrayList）取代。
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2. Set家族实现
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HashSet：-
底层结构：基于
HashMap，只使用了Key来存储元素，Value是一个固定的Object对象。 -
特点：无序，查询效率非常高（O(1)）。它是最常用的Set。
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原理：通过元素的
hashCode()和equals()方法来判断是否重复。
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LinkedHashSet：-
HashSet的子类。 -
特点：在
HashSet的基础上，维护了一个双向链表来记录插入顺序。即迭代顺序与插入顺序一致。 -
适用场景：既需要去重，又需要保证插入顺序。
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TreeSet：-
底层结构：基于
TreeMap（红黑树）。 -
特点：元素有序（不是插入顺序，而是根据元素的自然顺序或提供的
Comparator进行排序）。 -
适用场景：需要对元素进行自动排序的场景。
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3. Queue/Deque家族实现
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PriorityQueue：-
特点：优先级队列。元素根据自然顺序或Comparator进行排序，出队总是按优先级最高（值最小）的顺序。
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底层结构：通常基于二叉堆实现。
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适用场景：任务调度等需要按优先级处理的场景。
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ArrayDeque：-
特点：基于动态数组实现的双端队列。效率高于
LinkedList，且没有容量限制。 -
适用场景：作为栈（替代老旧的
Stack类）或队列使用。是实现FIFO队列和LIFO栈的首选。
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三、如何选择正确的集合？
选择集合的核心在于根据业务场景权衡其底层数据结构的特性。
| 场景 | 首选接口 | 推荐实现类 | 理由 |
|---|---|---|---|
| 需要根据索引快速访问 | List | ArrayList | 随机访问性能O(1) |
| 需要频繁在头尾增删元素 | List, Queue, Deque | LinkedList 或 ArrayDeque | 链表增删快，ArrayDeque作队列更高效 |
| 只需要存储不重复元素 | Set | HashSet | 去重且查询效率最高 |
| 需要去重且保持插入顺序 | Set | LinkedHashSet | HashSet + 维护插入顺序 |
| 需要元素自动排序 | Set | TreeSet | 基于红黑树实现排序 |
| 需要实现队列/栈 | Queue/Deque | ArrayDeque | 效率高，无容量限制 |
| 需要优先级处理 | Queue | PriorityQueue | 基于堆实现优先级 |
总结原则：
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默认选择：
ArrayList(List),HashSet(Set),ArrayDeque(Queue/Stack)。 -
线程安全：上述集合均非线程安全。多线程环境下应使用
Collections.synchronizedXXX()包装器或java.util.concurrent包下的并发集合（如CopyOnWriteArrayList,ConcurrentHashMap）。