集合概述与体系

概述

Java 集合框架（Java Collections Framework，JCF）是 JDK 提供的一组容器 API，用于存储和操作一组对象。与数组相比，集合的长度可变、支持丰富的增删改查操作，并且针对不同使用场景提供了多种实现（如有序/无序、允许重复/不允许重复、基于哈希/基于树等）。日常开发中，集合是使用频率极高的基础 API，位于 java.util 包中。

前置建议

已掌握 数组 和 泛型基础。集合中大量使用泛型（如 List<String>、Map<K,V>），先学泛型再学集合会更顺畅。

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为什么需要集合

数组长度固定，且只支持按索引访问，无法方便地表示「一组会动态增删的元素」或「键值对」等结构。集合框架提供了：

• 可变长度：按需增删元素，无需事先定长。
• 多种结构：列表（有序可重复）、集合（不重复）、键值对（Map）等。
• 统一接口：通过 List、Set、Map 等接口编程，可随时更换实现类而不影响业务逻辑。
• 泛型支持：List<String>、Map<Integer, String> 等，类型安全、无需强转。

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集合体系结构

Java 集合框架以接口为主、实现类为辅。顶层可划分为两大分支：

1. Collection — 单列集合，存储一组元素（每个元素一个对象）。
2. Map — 双列集合，存储键值对（key-value），每个元素由键与值组成。

Collection 分支

Collection 是 List、Set、Queue 的父接口，表示「一组对象的容器」。常用子接口与实现类关系可简化为：

接口	含义	常用实现类	典型特点
List	有序、可重复	ArrayList、LinkedList	有下标，可重复，ArrayList 查询快、LinkedList 头尾增删方便
Set	不重复	HashSet、LinkedHashSet、TreeSet	无重复；HashSet 无序，TreeSet 可排序，LinkedHashSet 保持插入顺序
Queue	队列	LinkedList、ArrayDeque、PriorityQueue	先进先出或优先级队列；List/Set/Map 的详细用法见 List、Set、Map 详解

记忆要点

• List：像「动态数组」，有顺序、可重复，按索引访问。
• Set：像「数学集合」，不重复；具体是否有序、是否可排序看实现类。
• Map：键值对，键不重复，一个键对应一个值。

Map 分支

Map 不继承 Collection，表示「键 → 值」的映射。常用实现类：

实现类	典型特点
HashMap	无序（不保证顺序），键不重复，查询/增删平均 O(1)
LinkedHashMap	在 HashMap 基础上保持插入顺序（或访问顺序）
TreeMap	键按自然顺序或自定义比较器排序

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体系关系简图

                    Iterable
                        |
                   Collection
                   /   |   \
                 List Set  Queue
                  |    |      |
            ArrayList HashSet LinkedList / ArrayDeque / ...
             LinkedList LinkedHashSet
                   TreeSet

  Map (独立分支)
    |
  HashMap / LinkedHashMap / TreeMap

实际编码时，我们通常面向接口声明变量（如 List<String> list），再在创建时选择具体实现（如 new ArrayList<>()），这样后续若要换成 LinkedList 只需改一行构造代码。

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基本示例

示例 1：List —— 有序可重复

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 面向接口声明，用 ArrayList 实现
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("苹果");
list.add("香蕉");
list.add("苹果");           // 允许重复
System.out.println(list);   // [苹果, 香蕉, 苹果]
System.out.println(list.get(1));  // 香蕉，按索引访问

示例 2：Set —— 不重复

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

Set<String> set = new HashSet<>();
set.add("苹果");
set.add("香蕉");
set.add("苹果");            // 重复元素不会多存一份
System.out.println(set);    // [苹果, 香蕉]（顺序不保证）

示例 3：Map —— 键值对

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("语文", 90);
map.put("数学", 85);
map.put("语文", 88);       // 同一键会覆盖原值
System.out.println(map.get("语文"));  // 88
System.out.println(map);   // {语文=88, 数学=85}（顺序不保证）

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如何选择集合类型

• 需要有序、可重复、按索引访问 → 用 List，一般选 ArrayList；若频繁在头尾增删，考虑 LinkedList。
• 需要不重复、不关心顺序 → Set，常用 HashSet；需要插入顺序用 LinkedHashSet，需要排序用 TreeSet。
• 需要键值对、按键找值 → Map，常用 HashMap；需要键有序用 TreeMap，需要插入顺序用 LinkedHashMap。

注意

上述常用实现类（如 ArrayList、HashSet、HashMap）都是非线程安全的。多线程并发读写同一集合时，应使用并发包中的实现（如 ConcurrentHashMap）或通过同步手段保护，详见 并发。

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注意事项

1. 使用泛型：强烈建议使用 List<String>、Set<Integer>、Map<K,V> 等形式，避免使用原始类型 List、Map，以在编译期获得类型检查，详见 泛型在集合中的使用。
2. null 与实现类：ArrayList、HashSet、HashMap 允许元素或键为 null（HashMap 键仅允许一个 null）；TreeSet、TreeMap 的键不能为 null，否则会抛 NullPointerException。
3. equals 与 hashCode：若将自定义类作为 Set 的元素或 Map 的键，必须正确重写 equals 与 hashCode，否则重复判定和哈希行为会异常，参见 常用类（Object/equals-hashCode）。

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相关链接

• List、Set、Map 详解与遍历 — 各接口常用方法与遍历方式（Iterator、for-each）
• 泛型在集合中的使用与常见陷阱 — 泛型与类型擦除在集合中的注意点
• Collections 工具类 — 排序、查找、不可变集合等工具方法
• 泛型基础 — 泛型类、接口、方法及类型擦除
• Oracle Java 教程 - 集合