Java 集合框架:从数据结构到性能优化,全面解析集合类
Java 集合框架(Java Collections Framework,JCF)是 Java 语言中用于存储、操作和管理数据的标准库。它提供了一组通用的接口、类和方法,使开发者能够高效地操作不同类型的数据集合。
本文将结合 Java 集合框架类图,介绍集合框架的整体架构,并对各个集合类的特性、适用场景及优缺点进行详细分析。
1. Java 集合框架概览
Java 集合框架主要分为 Collection 和 Map 两大类。
-
Collection(集合):用于存储一组对象,继承自
Iterable
,包括List
、Set
等子接口。 -
-
Map(映射):用于存储键值对(key-value),不属于
Collection
接口,但同样是集合框架的一部分,如HashMap
、TreeMap
等。 -
2. Collection 体系
Collection
是 Java 集合框架的核心接口,它继承了 Iterable
,允许集合中的元素进行迭代(如 for-each
循环)。
Collection
主要分为 List 和 Set 两大类:
Collection
是 Java 集合框架的核心接口,它继承了 Iterable
,允许集合中的元素进行迭代(如 for-each
循环)。
Collection
主要分为 List 和 Set 两大类:
2.1 List(列表)
List
接口表示有序集合,允许元素重复,支持索引访问。
List 实现类特点
-
ArrayList:基于动态数组,查找快(O(1)),插入删除慢(O(n))。
-
LinkedList:基于双向链表,插入删除快(O(1)),查找慢(O(n))。
-
Vector:类似
ArrayList
,但线程安全(所有方法都使用synchronized
进行同步)。
实例:
ArrayList
package List_;import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;/*** @author lay* @version 1.0**/
public class List_exercise_ {@SuppressWarnings("all")public static void main(String[] args) {List arrayList = new ArrayList();for (int i = 0; i < 12; i++) {arrayList.add("小黄" + i);}//第二个位置插入元素"行书评教育",通过相应的方法,add()arrayList.add(2,"行书评教育");System.out.println("插入后数= "+arrayList);Object o = arrayList.get(5);System.out.println("获得的元素 = " +o +o.getClass());arrayList.remove(6);System.out.println("删除后的list:= "+ arrayList);arrayList.set(7,"小米");System.out.println("修改后的元素为:=" +arrayList);Iterator iterator = arrayList.iterator();// while (iterator.hasNext()) {
// Object next = iterator.next();
// System.out.print(next);
// }// for (int i = 0; i < arrayList.size(); i++) {
// Object o1 = arrayList.get(i);
// System.out.print(o1);
// }//for (Object object :arrayList) {System.out.println(object);}}
}
LinkedList:
package Collection_;import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedList;/*** @author lay* @version 1.0**/
public class LinkedList_CRUD {public static void main(String[] args) {LinkedList linkedList = new LinkedList();linkedList.add(1);linkedList.add(2);System.out.println(linkedList);linkedList.remove();System.out.println(linkedList);Iterator iterator = linkedList.iterator();while (iterator.hasNext()) {Object o = iterator.next();System.out.println(o);}}
}
Vector:
package Collection_;import java.util.List;
import java.util.Vector;/*** @author lay* @version 1.0**/
public class Vector_Detail {public static void main(String[] args) {Vector vector = new Vector();
// Vector vector = new Vector(8);for (int i = 0; i < 10; i++) {vector.add(i);}vector.add(100);System.out.println("vector=" + vector);}
}
2.2 Set(集合)
Set
接口表示无序集合,不允许重复元素。
Set 实现类特点
-
HashSet:基于
HashMap
实现,元素无序,插入、删除、查找时间复杂度均为 O(1)。 -
TreeSet:基于红黑树(
TreeMap
)实现,元素有序(默认升序,可自定义Comparator
规则),插入、删除、查找复杂度 O(log n)。
实例:
HashSet
package Set_;import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;/*** @author lay* @version 1.0**/
public class Set_Methods_ {@SuppressWarnings("all")public static void main(String[] args) {Set set = new HashSet();//以Set接口的实现类hashsetset.add("sdfa");set.add("john");set.add("lucy");set.add("john");//重复set.add("jack");set.add("hsp");set.add("mary");set.add(null);//
// System.out.println(set);
// for (int i = 0; i < 10; i++) {
// System.out.println(set);
// }//遍历Iterator iterator = set.iterator();while (iterator.hasNext()) {Object o = iterator.next();System.out.println(o);}set.remove(null);for (Object o :set) {System.out.println(o);}}
}
TreeSet
package Collection_;import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;/*** @author lay* @version 1.0**/
@SuppressWarnings("all")
public class TreeSet_ {public static void main(String[] args) {TreeSet treeSet = new TreeSet();treeSet.add(145);treeSet.add(45);treeSet.add(5);treeSet.add(741);System.out.println(treeSet);//无参构造器无序//使用匿名内部类,TreeSet treeSet1 = new TreeSet(new Comparator() {@Overridepublic int compare(Object o1, Object o2) {//向下转型
// return ((String) o1).compareTo((String) o2);return ((String) o1).length()-((String) o2).length();}});treeSet1.add("Z");treeSet1.add("Dse");treeSet1.add("Sse");treeSet1.add("Wwefwa");treeSet1.add("Wasefefe");System.out.println(treeSet1);}
}
3. Map 体系
Map
接口用于存储键值对(key-value),key
不能重复,但 value
可以重复。
Map 实现类特点
-
HashMap:基于哈希表,默认 key 无序,插入、删除、查找 O(1)。
-
LinkedHashMap:继承
HashMap
,但维护 key 的插入顺序,遍历时按插入顺序输出。 -
TreeMap:基于红黑树,key 有序,查找 O(log n)。
-
Hashtable:
HashMap
的线程安全版本,但效率较低(同步方法降低并发性能)。 -
Properties:继承自
Hashtable
,专门用于配置文件(key-value
均为字符串)。
实例用法:
TreeMap
package Map_;import java.util.Comparator;
import java.util.TreeMap;/*** @author lay* @version 1.0**/
public class Tree_Map {public static void main(String[] args) {
// TreeMap treeMap = new TreeMap();//默认构造器无序TreeMap treeMap = new TreeMap(new Comparator() {@Overridepublic int compare(Object o1, Object o2) {
// return ((String) o1).compareTo((String) o2);//按字符顺序排序return ((String) o1).length() -((String) o2).length();//按字符顺序排序}});treeMap.put("ada","123");treeMap.put("eqr","3");treeMap.put("zrr","13");treeMap.put("rhth","1");System.out.println(treeMap);}
}
Hashtable
package Map_;import java.util.Hashtable;/*** @author lay* @version 1.0**/
@SuppressWarnings("all")
public class Hashtable_ {public static void main(String[] args) {//1. Properties 继承 Hashtable
//2. 可以通过 k-v 存放数据,当然 key 和 value 不能为 null
//增加Hashtable properties = new Hashtable();
//properties.put(null, "abc");//抛出 空指针异常
//properties.put("abc", null); //抛出 空指针异常properties.put("john", 100);//k-vproperties.put("lucy", 100);properties.put("lucsdfy", 100);properties.put("ludsfwerwcy", 100);properties.put("lerucy", 100);properties.put("luercy", 100);properties.put("lucwery", 100);properties.put("wr", 100);properties.put("lweic", 100);properties.put("lic", 88);//如果有相同的 key , value 被替换System.out.println("properties=" + properties);}
}
Properties
package Map_;import java.util.Properties;/*** @author lay* @version 1.0**/
public class Properties_ {public static void main(String[] args) {Properties properties = new Properties();
//properties.put(null, "abc");//抛出 空指针异常
//properties.put("abc", null); //抛出 空指针异常properties.put("john", 100);//k-vproperties.put("lucy", 100);properties.put("lic", 100);properties.put("lic", 88);//如果有相同的 key , value 被替换,也是修改System.out.println("properties=" + properties);System.out.println(properties.get("lic"));properties.remove("lic");System.out.println(properties);}
}
4. List、Set、Map 的对比总结
5. 线程安全性
-
非线程安全:
ArrayList
、LinkedList
、HashMap
、HashSet
-
线程安全:
Vector
、Hashtable
、Properties
-
加锁实现线程安全:
Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())
6. 选择合适的数据结构
7. 结论
Java 集合框架提供了丰富的数据结构,以满足不同的开发需求。
-
List
适用于有序、允许重复的场景,如ArrayList
适合快速查找,LinkedList
适合频繁插入删除。 -
Set
适用于去重的场景,如HashSet
去重但无序,TreeSet
去重且有序。 -
Map
适用于键值对存储,HashMap
查询快但无序,TreeMap
查询稍慢但有序,LinkedHashMap
维护插入顺序。 -
线程安全的集合类(如
Vector
、Hashtable
)在现代并发编程中较少使用,建议使用ConcurrentHashMap
等更优方案。
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