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一、集合框架概述​​

Java集合框架提供了一套统一的接口和类，用于存储和操作数据。核心接口包括：

• ​​List​​：有序、可重复的集合。
• ​​Set​​：无序、不可重复的集合。
• ​​Map​​：键值对（Key-Value）映射。

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​​二、List接口​​

List 是有序集合，允许重复元素，可以通过索引访问元素。

​​1. ArrayList​​

• ​​底层数据结构​​：动态数组。
• ​​特点​​：
  • 支持快速随机访问（时间复杂度 O(1)）。
  • 插入和删除元素时可能需要移动数据（时间复杂度 O(n)）。
• ​​示例​​：

  java

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  import java.util.ArrayList;public class ArrayListDemo {public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("Apple");list.add("Banana");list.add(1, "Orange"); // 在索引1处插入System.out.println(list.get(1)); // 输出：Orange（随机访问）list.remove(0); // 删除索引0的元素System.out.println(list); // 输出：[Orange, Banana]}
  }

​​2. LinkedList​​

• ​​底层数据结构​​：双向链表。
• ​​特点​​：
  • 插入和删除元素高效（时间复杂度 O(1)）。
  • 随机访问效率低（需遍历链表，时间复杂度 O(n)）。
• ​​示例​​：

  java

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  import java.util.LinkedList;public class LinkedListDemo {public static void main(String[] args) {LinkedList<String> list = new LinkedList<>();list.add("A");list.addFirst("Start"); // 头部插入list.addLast("End");    // 尾部插入System.out.println(list.getFirst()); // 输出：StartSystem.out.println(list.removeLast()); // 输出：End}
  }

​​3. List对比​​

​​特性​​	​​ArrayList​​	​​LinkedList​​
​​底层结构​​	动态数组	双向链表
​​随机访问​​	高效（O(1)）	低效（O(n)）
​​插入/删除​​	需移动数据（O(n)）	高效（O(1)）
​​适用场景​​	频繁查询、尾部操作	频繁插入/删除

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​​三、Set接口​​

Set 是无序集合，不允许重复元素。

​​1. HashSet​​

• ​​底层数据结构​​：哈希表（基于 HashMap）。
• ​​特点​​：
  • 元素无序。
  • 允许存储 null 值。
  • 插入、删除、查询时间复杂度 O(1)。
• ​​示例​​：

  java

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  import java.util.HashSet;public class HashSetDemo {public static void main(String[] args) {HashSet<String> set = new HashSet<>();set.add("Apple");set.add("Apple"); // 重复元素，不会被添加set.add("Banana");System.out.println(set.contains("Apple")); // 输出：trueSystem.out.println(set); // 输出：[Apple, Banana]（顺序不确定）}
  }

​​2. TreeSet​​

• ​​底层数据结构​​：红黑树（基于 TreeMap）。
• ​​特点​​：
  • 元素按自然顺序或自定义 Comparator 排序。
  • 插入、删除、查询时间复杂度 O(log n)。
• ​​示例​​：

  java

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  import java.util.TreeSet;public class TreeSetDemo {public static void main(String[] args) {TreeSet<Integer> set = new TreeSet<>();set.add(3);set.add(1);set.add(2);System.out.println(set.first()); // 输出：1（按升序排列）System.out.println(set); // 输出：[1, 2, 3]}
  }

​​3. Set对比​​

​​特性​​	​​HashSet​​	​​TreeSet​​
​​底层结构​​	哈希表	红黑树
​​元素顺序​​	无序	自然顺序或自定义排序
​​性能​​	O(1)	O(log n)
​​允许 null​​	是	否（会抛异常）
​​适用场景​​	快速去重、无序需求	需要排序的场景

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​​四、Map接口​​

Map 存储键值对（Key-Value），键不可重复。

​​1. HashMap​​

• ​​底层数据结构​​：哈希表（数组 + 链表/红黑树）。
• ​​特点​​：
  • 键值对无序。
  • 插入、删除、查询时间复杂度 O(1)。
  • 允许一个 null 键和多个 null 值。
• ​​示例​​：

  java

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  import java.util.HashMap;public class HashMapDemo {public static void main(String[] args) {HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();map.put("Alice", 90);map.put("Bob", 85);map.put("Alice", 95); // 覆盖原有值System.out.println(map.get("Alice")); // 输出：95System.out.println(map.containsKey("Bob")); // 输出：true}
  }

​​2. TreeMap​​

• ​​底层数据结构​​：红黑树（基于 NavigableMap）。
• ​​特点​​：
  • 键按自然顺序或自定义 Comparator 排序。
  • 插入、删除、查询时间复杂度 O(log n)。
• ​​示例​​：

  java

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  import java.util.TreeMap;public class TreeMapDemo {public static void main(String[] args) {TreeMap<String, Integer> map = new TreeMap<>();map.put("Zebra", 1);map.put("Apple", 2);map.put("Cat", 3);System.out.println(map.firstKey()); // 输出：Apple（按升序排列）System.out.println(map); // 输出：{Apple=2, Cat=3, Zebra=1}}
  }

​​3. Map对比​​

​​特性​​	​​HashMap​​	​​TreeMap​​
​​底层结构​​	哈希表	红黑树
​​键顺序​​	无序	自然顺序或自定义排序
​​性能​​	O(1)	O(log n)
​​允许 null 键​​	是	否
​​适用场景​​	快速查找、无序需求	需要排序的键值对

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​​五、综合示例​​

java

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import java.util.*;public class CollectionDemo {public static void main(String[] args) {// List示例List<String> arrayList = new ArrayList<>();arrayList.add("A");arrayList.add("B");System.out.println("ArrayList: " + arrayList); // [A, B]// Set示例Set<Integer> hashSet = new HashSet<>();hashSet.add(3);hashSet.add(1);hashSet.add(2);System.out.println("HashSet: " + hashSet); // [1, 2, 3]（顺序不确定）// Map示例Map<String, String> hashMap = new HashMap<>();hashMap.put("Key1", "Value1");hashMap.put("Key2", "Value2");System.out.println("HashMap: " + hashMap); // {Key1=Value1, Key2=Value2}}
}

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​​六、总结​​

​​集合类型​​	​​实现类​​	​​特点​​	​​适用场景​​
​​List​​	ArrayList	快速随机访问，尾部操作高效	频繁查询、按索引操作
	LinkedList	插入/删除高效，支持双向遍历	频繁插入/删除、链表操作
​​Set​​	HashSet	无序，快速查找	数据去重、无需顺序
	TreeSet	有序，支持范围查询	需要排序的去重场景
​​Map​​	HashMap	键值对无序，快速查找	键值映射、高频查询
	TreeMap	键有序，支持范围操作	需要排序的键值对

通过合理选择集合类，可以显著提升代码效率和可维护性！