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Java集合框架详解：核心类、使用场景与最佳实践

news 来源：原创 2025/9/12 16:21:07

文章目录

- 一、Java集合框架概览
- 二、核心集合类详解
- - 1. List接口（有序、可重复）
  - - **ArrayList**
    - **LinkedList**
    - **List对比表**
  - 2. Set接口（无序、唯一）
  - - **HashSet**
    - **TreeSet**
    - **Set对比表**
  - 3. Queue接口（队列）
  - - **PriorityQueue**
  - 4. Map接口（键值对）
  - - **HashMap**
    - **LinkedHashMap**
    - **Map对比表**
- 三、工具类与线程安全
- - 1. **Collections工具类**
  - 2. **线程安全集合**
- 四、最佳实践与使用场景
- - 1. **常见场景推荐**
  - 2. **注意事项总结**
- 五、Java 8+ 增强
- - **Stream API操作集合**
- 六、总结

一、Java集合框架概览

Java集合框架（Java Collections Framework, JCF）是Java中用于存储和操作数据集合的核心工具，主要分为两大接口：

Collection：存储单一元素（List、Set、Queue）
Map：存储键值对（HashMap、TreeMap）

二、核心集合类详解

1. List接口（有序、可重复）

ArrayList

初始化：

List<String> list = new ArrayList<>();          // 默认容量10
List<String> list2 = new ArrayList<>(20);       // 指定初始容量

排序：

Collections.sort(list);                        // 自然排序（元素需实现Comparable）
Collections.sort(list, (a, b) -> b.compareTo(a)); // 自定义排序

长度：list.size()
判空：list.isEmpty()
使用场景：频繁随机访问（get/set），数据量较小。
注意事项：
- 线程不安全，多线程环境需同步。
- 扩容机制（默认扩容1.5倍），频繁插入需预分配容量。

LinkedList

初始化：

LinkedList<String> linkedList = new LinkedList<>();

使用场景：频繁在头尾插入/删除（如实现栈、队列）。
注意事项：随机访问效率低（时间复杂度O(n)）。

List对比表

特性	ArrayList	LinkedList
底层结构	动态数组	双向链表
随机访问速度	O(1)	O(n)
头部插入/删除速度	O(n)	O(1)
内存占用	较低（无指针）	较高（存储指针）

2. Set接口（无序、唯一）

HashSet

初始化：

Set<String> set = new HashSet<>(20, 0.9f); // 指定容量和负载因子

判空：set.isEmpty()
使用场景：快速去重、判断元素存在性。
注意事项：元素需正确实现hashCode()和equals()。

TreeSet

初始化：

Set<Integer> treeSet = new TreeSet<>(Comparator.reverseOrder()); // 逆序

使用场景：需要有序且唯一的元素集合。
注意事项：插入/删除时间复杂度O(log n)。

Set对比表

特性	HashSet	TreeSet
底层结构	哈希表	红黑树
元素顺序	无序	自然/自定义排序
时间复杂度（增删查）	O(1) 平均	O(log n)

3. Queue接口（队列）

PriorityQueue

初始化：

Queue<Integer> pq = new PriorityQueue<>(Comparator.reverseOrder()); // 大顶堆

使用场景：任务调度（按优先级处理）、Top K问题。
注意事项：线程不安全，队首元素为最小值（默认自然排序）。

4. Map接口（键值对）

HashMap

初始化：

Map<String, Integer> map = new HashMap<>(20, 0.8f); // 指定容量和负载因子

排序：

// 按键排序
TreeMap<String, Integer> sortedMap = new TreeMap<>(map);

使用场景：快速键值存取、缓存实现。
注意事项：键对象需正确实现hashCode()和equals()。

LinkedHashMap

使用场景：保留插入顺序或实现LRU缓存。

Map<String, Integer> lruCache = new LinkedHashMap<>(16, 0.75f, true) {@Overrideprotected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {return size() > 100; // 保留最近100个访问}
};

Map对比表

特性	HashMap	TreeMap	LinkedHashMap
底层结构	哈希表	红黑树	哈希表+链表
顺序	无序	按键排序	插入/访问顺序
时间复杂度（增删查）	O(1) 平均	O(log n)	O(1) 平均

三、工具类与线程安全

1. Collections工具类

排序与安全：

Collections.sort(list);                          // 排序
List<String> syncList = Collections.synchronizedList(list); // 线程安全包装

2. 线程安全集合

场景	非线程安全类	线程安全替代方案
高并发List	ArrayList	`CopyOnWriteArrayList`
高并发Map	HashMap	`ConcurrentHashMap`
高并发Queue	PriorityQueue	`PriorityBlockingQueue`

四、最佳实践与使用场景

1. 常见场景推荐

需求	推荐集合	理由
快速查询元素	ArrayList / HashMap	随机访问时间复杂度O(1)
频繁插入删除（头尾）	LinkedList	链表操作时间复杂度O(1)
数据去重	HashSet	哈希表去重效率高
需要自然排序	TreeSet / TreeMap	红黑树自动维护有序性
实现LRU缓存	LinkedHashMap	通过`accessOrder`和`removeEldestEntry`
高并发环境	ConcurrentHashMap	分段锁保证线程安全

2. 注意事项总结

线程安全：默认集合类非线程安全，多线程环境需显式同步。
初始容量：预估数据量，避免频繁扩容（如ArrayList默认扩容1.5倍）。
对象一致性：HashSet/HashMap的键对象不可变，避免哈希值变化。
迭代器安全：遍历时修改集合可能引发ConcurrentModificationException。

五、Java 8+ 增强

Stream API操作集合

List<String> filteredList = list.stream().filter(s -> s.startsWith("A")).map(String::toUpperCase).collect(Collectors.toList());

六、总结

Java集合框架提供了丰富的工具类，开发者应根据具体需求选择合适的集合类型：

查询多 → ArrayList / HashMap
增删多 → LinkedList / LinkedHashMap
排序需求 → TreeSet / TreeMap
线程安全 → ConcurrentHashMap / CopyOnWriteArrayList

正确使用集合框架能显著提升代码性能和可维护性。建议结合场景需求，合理选择初始容量、排序方式及线程安全策略。

Java集合框架详解：核心类、使用场景与最佳实践

文章目录一、Java集合框架概览二、核心集合类详解1. List接口（有序、可重复）**ArrayList****LinkedList****List对比表** 2. Set接口（无序、唯一）**HashSet****TreeSet****Set对比表** 3. Queue接口（队列）…...

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文章目录

一、Java集合框架概览

二、核心集合类详解

1. List接口（有序、可重复）

ArrayList

LinkedList

List对比表

2. Set接口（无序、唯一）

HashSet

TreeSet

Set对比表

3. Queue接口（队列）

PriorityQueue

4. Map接口（键值对）

HashMap

LinkedHashMap

Map对比表

三、工具类与线程安全

1. Collections工具类

2. 线程安全集合

四、最佳实践与使用场景

1. 常见场景推荐

2. 注意事项总结

五、Java 8+ 增强

Stream API操作集合

六、总结

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