Java集合框架是一套強大的工具，為開發者提供了靈活的數據管理方式。本文將深入剖析List、Set和Map的內部機制，通過詳細的示例和擴展討論，帶你領略這些數據容器的真諦。
一、List：有序序列的深度剖析
List接口是一個可以包含重復元素的有序集合。Java中，ArrayList和LinkedList是最常見的List實現。
- ArrayList：基于動態數組，支持隨機訪問，但插入和刪除效率較低。
import java.util.ArrayList;public class ArrayListExample {public static void main(String[] args) {ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();numbers.add(1);numbers.add(2);System.out.println(numbers.get(0)); // 輸出 1System.out.println(numbers.size()); // 輸出 2// 插入和刪除操作numbers.add(1, 3);System.out.println(numbers); // 輸出 [1, 3, 2]numbers.remove(1);System.out.println(numbers); // 輸出 [1, 2]}
}
- LinkedList：基于鏈表，適合頻繁的插入和刪除，但不支持隨機訪問。
import java.util.LinkedList;public class LinkedListExample {public static void main(String[] args) {LinkedList<Integer> numbers = new LinkedList<>();numbers.add(1);numbers.add(2);System.out.println(numbers.getFirst()); // 輸出 1System.out.println(numbers.getLast()); // 輸出 2// 插入和刪除操作numbers.addFirst(0);System.out.println(numbers); // 輸出 [0, 1, 2]numbers.removeLast();System.out.println(numbers); // 輸出 [0, 1]}
}
二、Set：唯一元素的守護者
Set接口確保集合中元素的唯一性，不支持重復元素。主要實現包括HashSet和TreeSet。
- HashSet：基于哈希表，提供快速的元素查找和插入。
import java.util.HashSet;public class HashSetExample {public static void main(String[] args) {HashSet<Integer> numbers = new HashSet<>();numbers.add(1);numbers.add(2);numbers.add(2); // 重復元素不會被添加System.out.println(numbers.contains(1)); // 輸出 trueSystem.out.println(numbers.size()); // 輸出 2}
}
- TreeSet：基于紅黑樹，自動排序元素，適用于需要有序集合的場景。
import java.util.TreeSet;public class TreeSetExample {public static void main(String[] args) {TreeSet<Integer> numbers = new TreeSet<>();numbers.add(2);numbers.add(1);numbers.add(3);System.out.println(numbers); // 輸出 [1, 2, 3]}
}
三、Map：鍵值對的管理大師
Map接口用于存儲鍵值對，鍵必須是唯一的。HashMap和TreeMap是最常見的Map實現。
- HashMap：基于哈希表，提供快速的鍵值對查找。
import java.util.HashMap;public class HashMapExample {public static void main(String[] args) {HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();map.put(1, "One");map.put(2, "Two");System.out.println(map.get(1)); // 輸出 OneSystem.out.println(map.containsKey(2)); // 輸出 true}
}
- TreeMap：基于紅黑樹，鍵值對自動排序，適用于需要排序的鍵值對場景。
import java.util.TreeMap;public class TreeMapExample {public static void main(String[] args) {TreeMap<Integer, String> map = new TreeMap<>();map.put(2, "Two");map.put(1, "One");map.put(3, "Three");System.out.println(map); // 輸出 {1=One, 2=Two, 3=Three}}
}
擴展討論：迭代器與增強for循環
迭代器（Iterator）和增強for循環（Enhanced For Loop）是遍歷集合的常用方式。
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;public class IteratorExample {public static void main(String[] args) {ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();numbers.add(1);numbers.add(2);numbers.add(3);// 使用迭代器遍歷Iterator<Integer> iterator = numbers.iterator();while (iterator.hasNext()) {System.out.println(iterator.next());}// 使用增強for循環遍歷for (Integer number : numbers) {System.out.println(number);}}
}
四、深入探討：性能與場景的權衡
- 性能考量：
ArrayList和HashMap在大多數情況下提供最佳性能，因為它們基于哈希表和數組，而LinkedList和TreeSet/TreeMap則在特定場景下表現更佳，如頻繁的插入刪除或需要排序的場合。 - 內存消耗：
LinkedList由于額外的節點指針，比ArrayList占用更多內存；TreeSet和TreeMap也因為樹的結構而消耗更多內存。 - 并發安全性：默認情況下，上述容器都不支持線程安全，但在高并發場景下，可以考慮使用
Collections.synchronizedList()、Collections.synchronizedSet()、Collections.synchronizedMap()，或者ConcurrentHashMap等并發容器。
