集合类基础概念
目录
集合类概述
集合框架的体系结构
单列集合（Collection）
List接口
Set接口
双列集合（Map）
Map接口
线程安全与性能考虑
集合与数组的区别
大小是否固定
数据类型与存储
操作方法丰富性
内存与性能
类型安全与泛型支持
多态性和接口支持
选择集合适用的原则
集合类概述
集合（Collection）是用来存储、获取和操作一组对象的容器，是程序中非常重要的数据结构。Java 集合框架（Java Collections Framework, JCF）提供了一组接口和实现，方便开发者进行各种数据的存储和操作。
集合框架的体系结构
集合框架主要分为两大类：一类是单列集合父类接口为Collection，另一类是双列集合父类接口是Map
单列集合（Collection）
List接口
List是有序集合，允许元素重复，可以通过索引访问元素。
主要实现类：
-
Vector：基于数组实现，线程安全（方法同步），但性能较低
-
ArrayList：基于动态数组实现，非线程安全，随机访问快，增删慢
-
LinkedList：基于双向链表实现，非线程安全，增删快，随机访问慢
Set接口
Set不允许重复元素，通常用于去重场景。
主要实现类（图中有些Set实现类被错误地归类在List下）：
-
HashSet：基于哈希表实现，无序
-
LinkedHashSet：基于哈希表和链表实现，维护插入顺序
-
TreeSet：基于红黑树实现，元素按自然顺序或Comparator排序
双列集合（Map）
Map接口
Map存储键值对(key-value)映射，key不可重复。
主要实现类：
-
HashTable：早期实现，线程安全（方法同步），不允许null键/值
-
HashMap：基于哈希表实现，非线程安全，允许null键/值
-
LinkedHashMap：维护插入顺序或访问顺序
-
ConcurrentHashMap：线程安全实现，比HashTable性能更好
-
TreeMap：基于红黑树实现，键按自然顺序或Comparator排序
线程安全与性能考虑
线程安全集合：Vector、HashTable、ConcurrentHashMap
非线程安全集合：ArrayList、LinkedList、HashMap等
性能优化：
-
频繁查询用ArrayList
-
频繁增删用LinkedList
-
需要排序用TreeSet/TreeMap
-
需要保持插入顺序用LinkedHashSet/LinkedHashMap
-
多线程环境用ConcurrentHashMap替代HashTable
集合与数组的区别
大小是否固定
数组（Array）：
-
创建时需要指定固定的大小，长度一旦确定，就不可更改。
-
如果需要改变容量，只能创建新的数组，拷贝原数组数据，比较麻烦且低效。
-
适合已知数据量且大小固定的场景。
集合（Collection）：
-
大小是动态可变的，可以随时添加或删除元素，容量自动扩展或收缩。
-
以
ArrayList为例，底层使用动态数组实现，容量不足时会自动扩容。 -
适合数据量不确定或需要频繁增删改的场景。
数据类型与存储
数组：
-
可以存储基本类型（如
int[],char[]）或对象类型（如String[]）。 -
基本类型数组性能高，因为直接存储数据。
-
对象数组存储的是对象引用。
集合：
-
只能存储对象类型（引用类型），不能存储基本类型，需用包装类（如
Integer代替int）。 -
支持泛型（Generics），可以指定存储对象的类型，提高代码安全性和可读性。
-
泛型是编译时类型检查，避免了强制类型转换的麻烦。
操作方法丰富性
数组：
-
操作较为基础，只能通过索引访问元素，增删操作需手动处理（如复制和移动元素）。
-
Java标准库提供了
Arrays工具类支持排序、搜索、填充等静态方法，但使用不如集合方便。
集合：
提供了丰富的操作接口，如：
-
添加元素：
add(E e) -
删除元素：
remove(Object o)、removeIf(Predicate<? super E> filter) -
查找元素：
contains(Object o)、indexOf(Object o) -
遍历：支持迭代器（Iterator）、增强for循环
-
排序：如
Collections.sort()，或者流式操作（Stream API） -
批量操作：
addAll(),removeAll(),retainAll()等
使用方便，代码简洁，功能强大。
内存与性能
数组：
-
内存连续分配，访问速度快，尤其是基本类型数组。
-
对于大量数据和性能敏感场景，数组效率更高。
集合：
-
实现一般基于数组或链表，可能有额外的内存开销。
-
动态扩容和复杂操作可能影响性能，但带来了灵活性。
-
不同集合实现有不同性能特点（如
ArrayList随机访问快，LinkedList插入删除快）。
类型安全与泛型支持
数组：
-
支持存储具体类型，编译时进行类型检查。
-
但数组不支持泛型，不能创建泛型数组（
new T[]非法）。 -
数组存在类型协变（covariant），可能导致运行时异常（
ArrayStoreException）。
集合：
-
支持泛型，提供编译时类型安全。
-
避免了运行时的类型转换异常，代码更安全。
多态性和接口支持
数组：
-
是语言内置的基本结构，不支持接口或多态。
-
不能直接用于面向接口编程。
集合：
-
集合是接口和实现类的体系，支持多态。
-
可以灵活切换不同实现，比如从
ArrayList切换为LinkedList，不影响业务代码。
选择集合适用的原则
-
需要有序用
List或LinkedHashSet -
需要无重复元素用
Set -
需要键值对存储用
Map -
需要频繁随机访问用
ArrayList -
需要频繁插入删除用
LinkedList -
需要线程安全用
Vector、Hashtable、或并发集合类如ConcurrentHashMap