java 中的集合对象

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Java 中的集合框架（java.util 包下）包含众多用于存储和操作对象的容器类，主要分为 Collection 和 Map 两大体系，此外还有一些特殊用途的集合类。以下是常见集合对象的分类及核心特点：

一、Collection 接口（存储单值元素，继承自 Iterable）

1. List（有序、可重复、允许 null）

• ArrayList
  • 底层基于动态数组实现，查询快（随机访问）、增删慢（需移动元素）。
  • 初始容量 10，扩容机制为 oldCapacity + (oldCapacity >> 1)（1.5 倍）。
  • 线程不安全，适合单线程场景。
• LinkedList
  • 底层基于双向链表实现，增删快（只需修改指针）、查询慢（需遍历）。
  • 同时实现了 Deque 接口，可作为队列 / 栈使用。
  • 线程不安全。
• Vector
  • 底层同 ArrayList（动态数组），但线程安全（方法加 synchronized），性能较差。
  • 扩容机制为默认翻倍（可指定增量），已被 ArrayList 替代，不推荐使用。
• Stack
  • 继承自 Vector，基于数组实现的栈（后进先出），线程安全但性能差，推荐用 Deque 的 push/pop 替代。

2. Set（无序、不可重复、允许 null，最多一个）

• HashSet
  • 底层基于 HashMap 实现（元素存于 HashMap 的 key 中），无序，查询 / 增删效率高（O (1)）。
  • 依赖元素的 hashCode() 和 equals() 保证唯一性，线程不安全。
• LinkedHashSet
  • 继承自 HashSet，底层用 LinkedHashMap 实现，维护插入顺序（通过链表记录元素顺序）。
  • 性能略低于 HashSet，适合需要顺序的场景。
• TreeSet
  • 底层基于 红黑树 实现，元素自动排序（自然排序或自定义 Comparator）。
  • 查询 / 增删效率为 O (log n)，线程不安全。

3. Queue（队列，FIFO 先进先出，部分支持优先级）

• ArrayDeque
  • 基于循环数组实现的双端队列（Deque），可作为栈或队列使用，效率高于 LinkedList。
  • 无容量限制（自动扩容），线程不安全。
• LinkedList
  • 同时实现 Deque 接口，可作为双端队列，增删灵活但查询效率低。
• PriorityQueue
  • 基于小顶堆实现的优先级队列，元素按优先级排序（自然排序或 Comparator），非 FIFO。
  • 线程不安全，不允许 null 元素。
• ConcurrentLinkedQueue
  • 线程安全的无界队列，基于链表实现，适合高并发场景（CAS 操作保证安全）。

二、Map 接口（存储键值对 <Key, Value>，Key 唯一）

• HashMap
  • 底层基于数组 + 链表 / 红黑树实现（JDK 8+ 当链表长度 > 8 时转红黑树），无序。
  • Key 允许 null（仅一个），Value 允许 null，线程不安全，查询 / 增删效率高（O (1)）。
  • 初始容量 16，负载因子 0.75，扩容为翻倍。
• LinkedHashMap
  • 继承自 HashMap，底层多了双向链表维护键值对的插入顺序或访问顺序（可用于 LRU 缓存）。
  • 性能略低于 HashMap，线程不安全。
• TreeMap
  • 底层基于红黑树实现，Key 自动排序（自然排序或 Comparator）。
  • Key 不允许 null，查询 / 增删效率 O (log n)，线程不安全。
• Hashtable
  • 古老的哈希表实现，线程安全（方法加 synchronized），但性能差。
  • Key 和 Value 均不允许 null，已被 ConcurrentHashMap 替代。
• ConcurrentHashMap
  • 线程安全的哈希表，JDK 7 基于分段锁，JDK 8+ 基于 CAS + synchronized 实现，并发性能优异。
  • 支持高并发读写，Key 和 Value 不允许 null。
• WeakHashMap
  • Key 为弱引用，当 Key 不再被强引用时，会被 GC 回收，适合缓存场景（如临时数据）。

三、特殊集合（工具类创建）

• Collections 工具类
  • Collections.singletonList()：不可变单元素 List。
  • Collections.emptyList()：空集合（不可变）。
  • Collections.synchronizedList(List)：包装为线程安全的 List（同理可包装 Set/Map）。
• 枚举集合
  • EnumSet：专为枚举类型设计的 Set，底层基于位向量，效率极高。
  • EnumMap：Key 为枚举类型的 Map，底层数组实现，查询快。

四、线程安全集合总结

• List：Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())、CopyOnWriteArrayList（写时复制，适合读多写少）。
• Set：Collections.synchronizedSet(new HashSet<>())、CopyOnWriteArraySet。
• Map：ConcurrentHashMap、Collections.synchronizedMap(new HashMap<>())。
• Queue：ConcurrentLinkedQueue、LinkedBlockingQueue（阻塞队列）、ArrayBlockingQueue（有界阻塞队列）。

选择集合时需关注：是否有序、是否允许重复、线程安全性、增删查效率等，根据场景匹配最合适的实现类。

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Java 集合框架的继承关系以 Collection 和 Map 为两大根接口，衍生出众多实现类。以下是核心继承关系图（简化版，突出常用类）：

一、Collection 体系（单值集合）

plaintext

 

 

Iterable （迭代器接口，所有集合的顶层接口）↓
Collection （单值集合根接口）↓
┌───────────┬────────────┬─────────────┐
│           │            │             │
List        Set          Queue         （三大子接口）
│           │            │
│           │            ├─────────────┬─────────────┐
│           │            │             │             │
│           │            Deque         BlockingQueue │
│           │            │             │             │
│           │            ArrayDeque    LinkedBlockingQueue
│           │                           ArrayBlockingQueue
│           │
│           ├────────────┬─────────────┬─────────────┐
│           │            │             │             │
│           HashSet      LinkedHashSet TreeSet       EnumSet
│
├───────────┬────────────┬─────────────┐
│           │            │             │
ArrayList   LinkedList   Vector        Stack（已过时）│CopyOnWriteArrayList（线程安全）

 

二、Map 体系（键值对集合）

plaintext

 

 

Map （键值对集合根接口）↓
┌───────────┬────────────┬─────────────┬─────────────┐
│           │            │             │             │
HashMap     LinkedHashMap TreeMap       Hashtable    WeakHashMap
│                                         │
│                                         Properties（继承自Hashtable，用于配置文件）
│
ConcurrentHashMap（线程安全）
│
EnumMap（键为枚举类型）

 

关键说明：

1. Iterable：所有集合的顶层接口，提供 iterator() 方法，支持增强 for 循环（for-each）。
2. Collection：单值集合的根接口，定义了增删改查等通用方法（如 add()、remove()、size()）。
3. List：有序、可重复，允许 null（如 ArrayList 基于数组，LinkedList 基于链表）。
4. Set：无序、不可重复，最多一个 null（如 HashSet 基于 HashMap，TreeSet 基于红黑树排序）。
5. Queue：队列（FIFO），子接口 Deque 支持双端操作（如 ArrayDeque 可作栈 / 队列）。
6. Map：键值对集合，键唯一（如 HashMap 线程不安全，ConcurrentHashMap 线程安全）。

通过继承关系可快速理解集合的特性（如 LinkedHashSet 继承 HashSet 并维护顺序，TreeMap 实现排序功能）。

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