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基础

之前写过一个比较粗糙的版本：Java集合概述

本文章补充了Java集合体系当中的一些细节

Collection接口的方法

List接口，Set接口都会继承这些方法

List接口

特点：存取顺序有序（因为有下标），可重复（元素之间由下标区分）

List的中间插入/删除方法会导致后续元素移动

ListIterator相比于Iterator高级的地方是可以反向遍历（因为list有下标），而且可以执行add并发操作（但是add的结果本次遍历不生效，下一次可以）

Java 中的集合框架（Collection Framework）是 Java 标准库的一部分，提供了用于存储和操作一组对象的统一架构。集合框架的核心接口是 java.util.Collection，它是所有集合类的基础接口。以下是 Collection 接口及其主要实现类的详细介绍。

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Collection 接口

Collection 是集合框架的根接口，定义了集合的基本操作，如添加、删除、遍历等。它继承自 Iterable 接口，因此所有集合类都支持迭代操作。

主要方法

• 添加元素:
  • boolean add(E e): 添加一个元素。
  • boolean addAll(Collection<? extends E> c): 添加一个集合中的所有元素。
• 删除元素:
  • boolean remove(Object o): 删除指定元素。
  • boolean removeAll(Collection<?> c): 删除与指定集合中相同的所有元素。
  • void clear(): 清空集合。
• 查询操作:
  • boolean contains(Object o): 判断集合是否包含指定元素。
  • boolean containsAll(Collection<?> c): 判断集合是否包含指定集合中的所有元素。
  • boolean isEmpty(): 判断集合是否为空。
  • int size(): 返回集合中元素的数量。
• 遍历操作:
  • Iterator<E> iterator(): 返回一个迭代器，用于遍历集合。
• 其他操作:
  • Object[] toArray(): 将集合转换为数组。
  • <T> T[] toArray(T[] a): 将集合转换为指定类型的数组。
  • boolean retainAll(Collection<?> c): 仅保留与指定集合中相同的元素。

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Collection 的子接口

Collection 接口有三个主要的子接口：

1. List: 有序集合，允许重复元素。
2. Set: 无序集合，不允许重复元素。
3. Queue: 队列，支持先进先出（FIFO）或其他特定顺序的操作。

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List 接口

List 是一个有序集合，允许存储重复元素。它通过索引访问元素，支持按位置插入、删除和修改元素。

主要实现类

1. ArrayList:

   • 基于动态数组实现。
   • 支持快速随机访问（通过索引）。
   • 插入和删除元素效率较低（需要移动元素）。
   • 线程不安全。
   • 适用场景: 需要频繁访问元素的场景。

2. LinkedList:

   • 基于双向链表实现。
   • 插入和删除元素效率高（只需修改指针）。
   • 随机访问效率低（需要遍历链表）。
   • 实现了 Deque 接口，可以用作队列或栈。
   • 适用场景: 需要频繁插入和删除元素的场景。

3. Vector:

   • 基于动态数组实现，与 ArrayList 类似。
   • 线程安全（方法使用 synchronized 修饰）。
   • 性能较低（由于同步开销）。
   • 适用场景: 需要线程安全的场景（已被 Collections.synchronizedList 取代）。

4. Stack:

   • 继承自 Vector，实现栈数据结构（后进先出，LIFO）。
   • 提供了 push、pop、peek 等栈操作。
   • 适用场景: 需要栈操作的场景（推荐使用 Deque 替代）。

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Set 接口

Set 是一个无序集合，不允许存储重复元素。它通常用于去重或判断元素是否存在。

主要实现类

1. HashSet:

   • 基于哈希表实现。
   • 插入、删除和查找操作的时间复杂度为 O(1)。
   • 不保证元素的顺序。
   • 适用场景: 需要快速查找和去重的场景。

2. LinkedHashSet:

   • 继承自 HashSet，基于哈希表和链表实现。
   • 保留元素的插入顺序。
   • 适用场景: 需要去重且保留插入顺序的场景。

3. TreeSet:

   • 基于红黑树实现。
   • 元素按自然顺序或自定义比较器排序。
   • 插入、删除和查找操作的时间复杂度为 O(log n)。
   • 适用场景: 需要有序集合的场景。

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Queue 接口

Queue 是一个队列接口，支持先进先出（FIFO）或其他特定顺序的操作。

主要实现类

1. LinkedList:

   • 实现了 Queue 和 Deque 接口。
   • 可以用作队列或双端队列。
   • 适用场景: 需要队列或双端队列操作的场景。

2. PriorityQueue:

   • 基于优先级堆实现。
   • 元素按自然顺序或自定义比较器排序。
   • 队首元素总是优先级最高的元素。
   • 适用场景: 需要优先级队列的场景。

3. ArrayDeque:

   • 基于动态数组实现的双端队列。
   • 性能优于 LinkedList。
   • 适用场景: 需要高效的双端队列操作的场景。

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其他集合类

除了 Collection 接口及其子接口的实现类，Java 集合框架还提供了一些其他重要的类和接口：

1. Map 接口:
   • 存储键值对（key-value pairs）。
   • 主要实现类：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap。
2. Collections 工具类:
   • 提供了对集合进行操作的工具方法，如排序、查找、同步等。
3. Arrays 工具类:
   • 提供了对数组进行操作的工具方法。

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总结

• List: 有序集合，允许重复元素。常用实现类：ArrayList、LinkedList。
• Set: 无序集合，不允许重复元素。常用实现类：HashSet、LinkedHashSet、TreeSet。
• Queue: 队列，支持 FIFO 或其他顺序。常用实现类：LinkedList、PriorityQueue、ArrayDeque。

选择合适的集合类取决于具体的需求，如是否需要有序、是否允许重复、是否需要线程安全等。

Java中的Map接口是java.util包的一部分，用于存储键值对（Key-Value）。每个键（Key）唯一对应一个值（Value），键不可重复，但值可以重复。以下是Map接口及其所有实现类的详细介绍：

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一、Map接口核心方法

方法	说明
put(K key, V value)	插入键值对，若键已存在则覆盖旧值
get(Object key)	根据键获取值，键不存在返回null
containsKey(Object key)	判断是否包含指定键
containsValue(Object value)	判断是否包含指定值
remove(Object key)	根据键删除键值对
keySet()	返回所有键的集合（Set<K>）
values()	返回所有值的集合（Collection<V>）
entrySet()	返回所有键值对的集合（Set<Map.Entry<K, V>>）
size()	返回键值对的数量
clear()	清空所有键值对

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二、Map的实现类及特点

1. HashMap

• 数据结构：基于哈希表（数组 + 链表/红黑树，Java 8优化）。
• 特点：
  • 允许null键和null值。
  • 无序，不保证插入顺序。
  • 线程不安全（需外部同步或使用Collections.synchronizedMap）。
  • 查找、插入、删除操作的时间复杂度接近O(1)。
• 适用场景：快速访问键值对，无需排序。

2. LinkedHashMap

• 数据结构：哈希表 + 双向链表。
• 特点：
  • 继承自HashMap，保留插入顺序或访问顺序（通过构造参数accessOrder控制）。
  • 性能略低于HashMap，但迭代效率高（直接遍历链表）。
• 适用场景：需要保留插入顺序或LRU缓存（通过覆盖removeEldestEntry实现）。

3. TreeMap

• 数据结构：基于红黑树（自平衡二叉搜索树）。
• 特点：
  • 键按自然顺序或自定义Comparator排序。
  • 支持导航方法（如firstKey(), ceilingKey(), floorEntry()等）。
  • 查找、插入、删除的时间复杂度为O(log n)。
• 适用场景：需要有序键的场景。

4. Hashtable

• 数据结构：类似HashMap的哈希表。
• 特点：
  • 线程安全（方法用synchronized修饰），但性能较低。
  • 不允许null键或null值。
  • 已过时，推荐使用ConcurrentHashMap替代。
• 适用场景：遗留代码或需要同步的Map（不推荐新项目使用）。

5. ConcurrentHashMap

• 数据结构：分段锁（Java 7）或CAS + synchronized（Java 8优化）。
• 特点：
  • 高并发线程安全，性能优于Hashtable。
  • 不允许null键或null值。
  • Java 8后采用更细粒度的锁（每个桶单独锁）。
• 适用场景：高并发环境下的键值存储。

6. WeakHashMap

• 数据结构：哈希表，键为弱引用。
• 特点：
  • 当键不再被强引用时，键值对会被自动回收。
  • 适合缓存临时数据。
• 适用场景：内存敏感的缓存，如临时对象映射。

7. EnumMap

• 数据结构：数组存储，键为枚举类型。
• 特点：
  • 键必须为枚举类型，内部用枚举顺序优化存储。
  • 性能高效，内存紧凑。
• 适用场景：枚举键的映射。

8. IdentityHashMap

• 数据结构：哈希表，使用==代替equals()比较键。
• 特点：
  • 键通过引用相等性（内存地址）判断唯一性。
  • 适用于需要区分对象实例的场景。
• 适用场景：序列化、深拷贝等特殊场景。

9. Properties（特殊实现）

• 继承自：Hashtable，键值均为String。
• 特点：
  • 专用于读取.properties配置文件。
  • 提供load()和store()方法操作文件流。
• 适用场景：配置文件读写。

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三、实现类对比表

实现类	线程安全	允许null键/值	排序	数据结构	时间复杂度
HashMap	否	是/是	无序	哈希表+链表/红黑树	O(1)
LinkedHashMap	否	是/是	插入/访问顺序	哈希表+双向链表	O(1)
TreeMap	否	否/是	自然或Comparator	红黑树	O(log n)
Hashtable	是	否/否	无序	哈希表	O(1)
ConcurrentHashMap	是	否/否	无序	分段锁或CAS	O(1)
WeakHashMap	否	是/是	无序	哈希表（弱引用键）	O(1)
EnumMap	否	否/是	枚举顺序	数组	O(1)
IdentityHashMap	否	是/是	无序	哈希表（引用相等）	O(1)

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四、选择建议

• 快速访问：HashMap（默认选择）。
• 有序键：TreeMap（自然排序）或LinkedHashMap（插入/访问顺序）。
• 高并发：ConcurrentHashMap（替代Hashtable）。
• 内存敏感缓存：WeakHashMap。
• 枚举键：EnumMap。
• 特殊相等性：IdentityHashMap。

通过理解各实现类的特性，可以更高效地选择合适的Map实现以满足需求。