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Java 集合框架

news 2025/7/4 12:56:54

一、引言

在 Java 编程中，集合是一种非常重要的数据结构，它可以用来存储和管理一组对象。Java 集合框架提供了一套丰富的接口和类，用于处理不同类型的集合，如列表、集合、映射等。通过使用集合框架，开发者可以更高效地处理数据，提高代码的可维护性和可扩展性。

二、Java 集合框架概述

Java 集合框架主要由两个接口派生而来：Collection 和 Map。Collection 接口是所有集合类的根接口，它定义了集合的基本操作，如添加、删除、遍历等。Map 接口则用于存储键值对，每个键对应一个值。

2.1 集合框架的层次结构

Java 集合框架的主要层次结构如下：

Collection 接口
- List 接口：有序集合，允许重复元素，常见的实现类有 ArrayList、LinkedList 等。
- Set 接口：无序集合，不允许重复元素，常见的实现类有 HashSet、TreeSet 等。
- Queue 接口：队列，遵循先进先出（FIFO）原则，常见的实现类有 LinkedList、PriorityQueue 等。
Map 接口：存储键值对，键是唯一的，常见的实现类有 HashMap、TreeMap 等。

三、`List` 接口及其实现类

3.1 `List` 接口概述

List 接口是 Collection 接口的子接口，它表示一个有序的集合，允许存储重复的元素。List 接口提供了根据索引访问元素、插入元素、删除元素等操作。

3.2 `ArrayList` 类

ArrayList 是 List 接口的一个动态数组实现，它可以自动调整大小以容纳更多的元素。ArrayList 支持随机访问，即可以通过索引快速访问元素，但在插入和删除元素时效率较低。

3.2.1 `ArrayList` 的基本操作

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListExample {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        // 创建一个 ArrayList 对象
        List<String> list = new ArrayList<>();

        // 添加元素
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        // 访问元素
        System.out.println("第一个元素是：" + list.get(0));

        // 修改元素
        list.set(1, "Grape");

        // 删除元素
        list.remove(2);

        // 遍历元素
        for (String fruit : list) {
   
            System.out.println(fruit);
        }
    }
}

3.2.2 `ArrayList` 的优缺点

优点：支持随机访问，访问元素的时间复杂度为 O(1)；可以自动调整大小。
缺点：插入和删除元素的效率较低，时间复杂度为 O(n)。

3.3 `LinkedList` 类

LinkedList 是 List 接口的一个链表实现，它使用双向链表来存储元素。LinkedList 在插入和删除元素时效率较高，但随机访问元素的效率较低。

3.3.1 `LinkedList` 的基本操作

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

public class LinkedListExample {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        // 创建一个 LinkedList 对象
        List<String> list = new LinkedList<>();

        // 添加元素
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        // 在指定位置插入元素
        list.add(1, "Grape");

        // 删除元素
        list.remove("Banana");

        // 遍历元素
        for (String fruit : list) {
   
            System