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📃文章前言

• 🔷文章均為學習工作中整理的筆記。
• 🔶如有錯誤請指正，共同學習進步。

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JavaSE核心知識點03高級特性03-01（集合框架）

作為Java集合框架的入門學習指南，我將從基礎概念、核心接口、常用實現類、使用場景到代碼示例，逐步為你講解。內容會盡量通俗易懂，配有代碼示例和對比表格，幫助你快速掌握。

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一、什么是集合框架（Collection Framework）？

集合框架 是Java中用于存儲和操作一組對象的統一架構。它提供了一套標準化的接口和實現類，解決了數組的局限性（如固定長度、類型單一、操作復雜等）。

為什么需要集合框架？

• 動態擴容：無需手動管理容量
• 類型安全：通過泛型確保數據類型一致
• 高性能操作：提供豐富的API（增刪改查、排序、遍歷等）
• 統一標準：所有集合類遵循相同的接口規范

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二、集合框架的核心結構

Java集合框架主要分為兩大類：單列集合（Collection） 和 雙列集合（Map）。

1. Collection 接口（單列集合）

• List：有序、可重復
  • 常用實現類：ArrayList, LinkedList, Vector
• Set：無序、不可重復
  • 常用實現類：HashSet, LinkedHashSet, TreeSet
• Queue：隊列，先進先出（FIFO）
  • 常用實現類：LinkedList, PriorityQueue

2. Map 接口（雙列集合）

• 鍵值對（Key-Value）存儲，Key不可重復
• 常用實現類：HashMap, LinkedHashMap, TreeMap, Hashtable

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三、核心接口詳解與代碼示例

1. List 接口

特點：有序、可重復、可通過索引訪問

常用實現類對比：

實現類	數據結構	特點
ArrayList	動態數組	查詢快，增刪慢（需擴容或移動元素）
LinkedList	雙向鏈表	增刪快，查詢慢（需遍歷節點）
Vector	同步的動態數組	線程安全，性能較低（已逐漸被淘汰）

示例代碼：

// ArrayList示例
List<String> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add("Apple");
arrayList.add("Banana");
arrayList.add(1, "Orange"); // 在索引1插入元素
System.out.println(arrayList); // [Apple, Orange, Banana]// LinkedList示例
List<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.add(10);
linkedList.addFirst(5); // 頭部插入
linkedList.addLast(20); // 尾部插入
System.out.println(linkedList.get(1)); // 10

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2. Set 接口

特點：無序、不可重復（通過equals()和hashCode()判斷）

常用實現類對比：

實現類	數據結構	特點
HashSet	哈希表	最快查詢，無順序
LinkedHashSet	哈希表+鏈表	保留插入順序
TreeSet	紅黑樹	自然排序或自定義排序

示例代碼：

// HashSet示例
Set<String> hashSet = new HashSet<>();
hashSet.add("Java");
hashSet.add("Python");
hashSet.add("Java"); // 重復元素不會被添加
System.out.println(hashSet); // 輸出順序不確定，如 [Java, Python]// TreeSet示例（自然排序）
Set<Integer> treeSet = new TreeSet<>();
treeSet.add(5);
treeSet.add(2);
treeSet.add(8);
System.out.println(treeSet); // [2, 5, 8]

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3. Map 接口

特點：鍵值對存儲，Key唯一

常用實現類對比：

實現類	數據結構	特點
HashMap	哈希表	最快查詢，無順序（允許null鍵值）
LinkedHashMap	哈希表+鏈表	保留插入順序或訪問順序
TreeMap	紅黑樹	按鍵自然排序或自定義排序
Hashtable	哈希表	線程安全，不允許null鍵值（已過時）

示例代碼：

// HashMap示例
Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
hashMap.put("Alice", 25);
hashMap.put("Bob", 30);
hashMap.put("Alice", 26); // 覆蓋原有值
System.out.println(hashMap.get("Bob")); // 30// TreeMap示例（按鍵排序）
Map<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();
treeMap.put("Orange", 5);
treeMap.put("Apple", 3);
System.out.println(treeMap); // {Apple=3, Orange=5}

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四、集合框架的通用操作

1. 遍歷集合

• for-each循環（推薦）：

  List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
  for (String s : list) {System.out.println(s);
  }
  

• 迭代器（Iterator）：

  Iterator<String> it = list.iterator();
  while(it.hasNext()) {String s = it.next();if (s.equals("B")) it.remove(); // 安全刪除元素
  }
  

2. 集合工具類 Collections

提供靜態方法操作集合：

List<Integer> numbers = new ArrayList<>(Arrays.asList(3,1,4,2));
Collections.sort(numbers); // 排序 → [1,2,3,4]
Collections.reverse(numbers); // 反轉 → [4,3,2,1]
Collections.shuffle(numbers); // 隨機打亂

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五、如何選擇集合類？

根據需求選擇最合適的集合：

場景	推薦實現類
快速隨機訪問	ArrayList
頻繁插入刪除	LinkedList
去重且無需排序	HashSet
去重且保留插入順序	LinkedHashSet
需要排序	TreeSet 或 TreeMap
鍵值對存儲	HashMap（最常用）
線程安全場景	ConcurrentHashMap

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六、常見面試問題

1. ArrayList和LinkedList的區別？

   • ArrayList基于動態數組，適合隨機訪問；LinkedList基于鏈表，適合頻繁增刪。

2. HashMap的工作原理？

   • 通過哈希函數計算鍵的哈希值，存儲到對應桶（數組位置），解決哈希沖突使用鏈表或紅黑樹（JDK8+）。

3. 如何保證集合的線程安全？

   • 使用Collections.synchronizedList()包裝，或選擇ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等并發集合。

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七、學習路線建議

1. 基礎階段：掌握ArrayList、HashMap、HashSet的常用操作
2. 進階階段：理解底層數據結構（如哈希表、紅黑樹）、泛型、迭代器
3. 高級階段：學習線程安全集合、性能優化、Stream API操作集合

練習建議：

• 實現一個簡單的學生管理系統（用集合存儲學生信息）
• 統計一篇文章中每個單詞出現的次數（用HashMap）
• 比較不同集合在10萬次操作下的性能差異

如果有具體問題或需要更多代碼示例，歡迎隨時提問！

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📜文末寄語

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