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Java的Collection 集合体系详解

news 2025/10/22 8:33:16

在 Java 开发中，集合框架是处理数据容器的核心工具。它提供了一系列接口和类，帮助我们高效地存储、操作和管理对象集合。本文将聚焦Collection 集合体系，深入解析其核心接口与实现类。

一、集合框架概述

Java 集合框架主要分为两大体系：

Collection 体系：存储单个元素的集合，包括 List（有序可重复）、Set（无序不可重复）、Queue（队列）。
Map 体系：存储 ** 键值对（Key-Value）** 的集合，如 HashMap、TreeMap 等。

今天我们先深入学习Collection 体系。

二、Collection 接口：集合的根接口

java.util.Collection是所有单列集合的根接口，它定义了集合的通用行为，包括增删改查、遍历等操作。

1. Collection 常用方法

public class CollectionDemo {public static void main(String[] args) {Collection<String> coll = new ArrayList<>();// 添加元素coll.add("Java");coll.add("Python");coll.add("C++");// 判断是否包含元素System.out.println(coll.contains("Java")); // true// 删除元素coll.remove("C++");// 元素个数System.out.println(coll.size()); // 2// 转数组Object[] arr = coll.toArray();for (Object o : arr) {System.out.println(o);}// 清空集合coll.clear();System.out.println(coll.isEmpty()); // true}
}

三、List 接口：有序可重复的集合

List接口继承自Collection，特点是元素有序、可重复，且支持通过索引操作元素。常用实现类有ArrayList、LinkedList、Vector。

1. ArrayList：基于数组的动态列表

底层结构：数组，查询快（随机访问）、增删慢（需移动元素）。
适用场景：读多写少的场景。

public class ArrayListDemo {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("Apple");list.add("Banana");list.add("Cherry");// 按索引访问System.out.println(list.get(1)); // Banana// 按索引修改list.set(1, "Grape");System.out.println(list); // [Apple, Grape, Cherry]// 插入元素list.add(1, "Pear");System.out.println(list); // [Apple, Pear, Grape, Cherry]}
}

2. LinkedList：基于链表的双向列表

底层结构：双向链表，查询慢（需遍历）、增删快（只需修改指针）。
额外功能：实现了Deque接口，支持队列、栈的操作（如push、pop、offer、poll）。

public class LinkedListDemo {public static void main(String[] args) {LinkedList<String> list = new LinkedList<>();list.add("A");list.add("B");list.add("C");// 栈操作（先进后出）list.push("Top");System.out.println(list.pop()); // Top// 队列操作（先进先出）list.offer("Last");System.out.println(list.poll()); // A}
}

3. Vector：线程安全的动态列表（已过时）

特点：方法加了synchronized锁，线程安全但性能低。
替代方案：优先用ArrayList，多线程场景可结合Collections.synchronizedList()。

四、Set 接口：无序不可重复的集合

Set接口继承自Collection，特点是元素无序、不可重复（通过equals()和hashCode()保证唯一性）。常用实现类有HashSet、LinkedHashSet、TreeSet。

1. HashSet：基于哈希表的 Set

底层结构：哈希表（数组 + 链表 / 红黑树），元素无序、唯一。
去重原理：先比较hashCode，再比较equals()。

public class HashSetDemo {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new HashSet<>();set.add("Java");set.add("Java"); // 重复元素，添加失败set.add("Python");System.out.println(set); // [Python, Java]（无序）}
}

2. LinkedHashSet：有序的 HashSet

底层结构：哈希表 + 链表，元素有序（插入顺序）、唯一。
适用场景：需要保证插入顺序的去重场景。

public class LinkedHashSetDemo {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new LinkedHashSet<>();set.add("A");set.add("B");set.add("A");System.out.println(set); // [A, B]（保持插入顺序）}
}

3. TreeSet：可排序的 Set

底层结构：红黑树，元素可排序（自然排序或自定义比较器）、唯一。
排序方式：元素需实现Comparable接口，或创建TreeSet时传入Comparator。

public class TreeSetDemo {public static void main(String[] args) {// 自然排序（Integer实现了Comparable）Set<Integer> set = new TreeSet<>();set.add(3);set.add(1);set.add(2);System.out.println(set); // [1, 2, 3]（自动排序）// 自定义比较器（降序）Set<String> strSet = new TreeSet<>((s1, s2) -> s2.compareTo(s1));strSet.add("C");strSet.add("A");strSet.add("B");System.out.println(strSet); // [C, B, A]}
}

五、Queue 接口：队列（先进先出）

Queue接口继承自Collection，是先进先出的队列结构，常用实现类有LinkedList（同时实现了 List 和 Queue）、PriorityQueue（优先队列）。

public class QueueDemo {public static void main(String[] args) {Queue<String> queue = new LinkedList<>();queue.offer("Task1"); // 入队queue.offer("Task2");queue.offer("Task3");System.out.println(queue.poll()); // Task1（出队）System.out.println(queue.peek()); // Task2（查看队首，不出队）System.out.println(queue); // [Task2, Task3]}
}