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一、集合框架总体结构

二、主要接口分类

1. Collection 接口（单列集合）

(1) List 接口（有序、可重复）

• ArrayList：

  • 基于动态数组
  • 随机访问快（O(1)）
  • 增删慢（需要移动元素）
  • 线程不安全
  • 默认初始容量10，扩容1.5倍

• LinkedList：

  • 基于双向链表
  • 增删快（O(1)）
  • 随机访问慢（O(n)）
  • 实现了Deque接口，可作为队列使用

• Vector：

  • 线程安全的ArrayList（方法同步）
  • 性能较差
  • 默认扩容2倍

• Stack（已过时）：

  • 继承自Vector
  • LIFO（后进先出）结构

(2) Set 接口（无序、唯一）

• HashSet：

  • 基于HashMap实现
  • 元素无序
  • 允许null值
  • 基本操作时间复杂度O(1)

• LinkedHashSet：

  • 继承HashSet
  • 维护插入顺序的链表
  • 迭代性能更好

• TreeSet：

  • 基于TreeMap（红黑树）
  • 元素自然排序或自定义排序
  • 基本操作时间复杂度O(log n)

(3) Queue 接口（队列）

• PriorityQueue：

  • 基于优先级堆
  • 元素按自然顺序或Comparator排序
  • 不允许null值

• ArrayDeque：

  • 基于可扩容循环数组
  • 双端队列实现
  • 比LinkedList更高效

2. Map 接口（双列集合，键值对）

• HashMap：

  • 数组+链表+红黑树（JDK8）
  • 允许null键和null值
  • 非线程安全
  • 默认负载因子0.75

• LinkedHashMap：

  • 继承HashMap
  • 维护插入顺序或访问顺序
  • 适合实现LRU缓存

• TreeMap：

  • 基于红黑树
  • 键自然排序或自定义排序
  • 基本操作时间复杂度O(log n)

• Hashtable：

  • 线程安全的Map实现
  • 方法同步，性能较差
  • 不允许null键和null值

• ConcurrentHashMap：

  • 线程安全的HashMap
  • JDK8采用CAS+synchronized
  • 高并发性能好

三、各集合类对比

List 实现类对比

特性	ArrayList	LinkedList	Vector
底层结构	动态数组	双向链表	动态数组
随机访问	快(O(1))	慢(O(n))	快(O(1))
增删效率	慢(O(n))	快(O(1))	慢(O(n))
线程安全	不安全	不安全	安全(synchronized)
扩容	1.5倍	无需扩容	2倍

Set 实现类对比

特性	HashSet	LinkedHashSet	TreeSet
底层实现	HashMap	LinkedHashMap	TreeMap
元素顺序	无序	插入顺序	排序顺序
null值	允许	允许	不允许(取决于Comparator)
时间复杂度	O(1)	O(1)	O(log n)

Map 实现类对比

特性	HashMap	LinkedHashMap	TreeMap	Hashtable	ConcurrentHashMap
底层结构	数组+链表+红黑树	同上+双向链表	红黑树	数组+链表	数组+链表+红黑树
顺序	无序	插入/访问顺序	键排序	无序	无序
null键值	允许	允许	键不能为null	不允许	不允许
线程安全	不安全	不安全	不安全	安全(synchronized)	安全(CAS+synchronized)
锁粒度	-	-	-	整个表	桶级别

四、线程安全集合方案

1. 传统线程安全集合

   • Vector
   • Hashtable
   • Stack

2. Collections工具类包装

   List<String> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
   Map<String, String> syncMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
   

3. JUC并发集合（推荐）

   • ConcurrentHashMap
   • CopyOnWriteArrayList
   • CopyOnWriteArraySet
   • ConcurrentLinkedQueue
   • ConcurrentSkipListMap
   • ConcurrentSkipListSet

五、选择集合的最佳实践

1. 单列集合选择：

   • 需要快速随机访问 → ArrayList
   • 频繁增删 → LinkedList
   • 需要去重 → HashSet
   • 需要有序去重 → LinkedHashSet 或 TreeSet
   • 需要排序 → TreeSet

2. 键值对集合选择：

   • 一般用途 → HashMap
   • 需要保持插入顺序 → LinkedHashMap
   • 需要键排序 → TreeMap
   • 高并发环境 → ConcurrentHashMap

3. 队列选择：

   • 一般队列 → LinkedList 或 ArrayDeque
   • 优先级队列 → PriorityQueue
   • 高并发队列 → ConcurrentLinkedQueue

六、Java 8 对集合的增强

1. Stream API：

   list.stream().filter(s -> s.startsWith("A")).collect(Collectors.toList());
   

2. forEach方法：

   map.forEach((k, v) -> System.out.println(k + ": " + v));
   

3. Map新方法：

   map.computeIfAbsent(key, k -> new ArrayList<>()).add(value);
   map.getOrDefault(key, defaultValue);
   map.merge(key, value, (oldVal, newVal) -> oldVal + newVal);
   

4. 性能优化：

   • HashMap链表长度>8时转为红黑树
   • ConcurrentHashMap放弃分段锁，改用CAS+synchronized

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