Java集合框架详解

一、简介

Java集合框架是Java编程语言中用于存储和操作数据的一种结构，它提供了一套统一的接口，用于处理各种类型的数据，如数组、列表、队列、栈等，Java集合框架主要包括两种类型的容器：Collection和Map，Collection用于存储一组不唯一的对象，而Map用于存储具有映射关系的对象，Java集合框架的设计目标是提供高性能、高可用性和可扩展性的数据结构。

二、集合框架的层次结构

Java集合框架的层次结构如下：

1、根接口：Collection

2、根接口：Map

3、子接口：List、Set、Queue、Deque

4、实现类：ArrayList、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、TreeSet、PriorityQueue、ArrayDeque、LinkedBlockingDeque等

5、实现类：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap等

6、工具类：Collections、Arrays等

三、Collection接口

Collection接口是Java集合框架的核心接口，它定义了一组通用的操作方法，如添加元素、删除元素、获取元素等，Collection接口的主要实现类有List、Set和Queue。

1、List接口：List是一个有序的集合，可以包含重复的元素，常用的实现类有ArrayList和LinkedList。

2、Set接口：Set是一个无序的集合，不允许包含重复的元素，常用的实现类有HashSet和LinkedHashSet。

3、Queue接口：Queue是一个队列，用于存储按照先进先出（FIFO）原则排列的元素，常用的实现类有LinkedList、ArrayDeque和LinkedBlockingDeque。

四、Map接口

Map接口是一个键值对映射的集合，它将键（Key）映射到值（Value），Map接口的主要实现类有HashMap、LinkedHashMap和TreeMap。

1、HashMap：基于哈希表实现的Map，查询速度快，但排序功能较差。

2、LinkedHashMap：继承自HashMap，增加了顺序访问功能，记录插入顺序或访问顺序。

3、TreeMap：基于红黑树实现的Map，按键的自然顺序或自定义比较器进行排序。

五、常用集合类的方法

1、ArrayList：基于动态数组实现的List，支持随机访问，查询速度快，插入和删除速度较慢，常用方法有add(E e)、remove(Object o)、get(int index)、size()等。

2、LinkedList：基于双向链表实现的List，支持双向遍历，插入和删除速度快，查询速度较慢，常用方法有addFirst(E e)、addLast(E e)、removeFirst()、removeLast()等。

3、HashSet：基于哈希表实现的Set，不允许重复元素，查询速度快，添加和删除速度较慢，常用方法有add(E e)、remove(Object o)、contains(Object o)等。

4、LinkedHashSet：继承自HashSet，增加了顺序访问功能，记录插入顺序或访问顺序，常用方法同HashSet。

5、TreeSet：基于红黑树实现的Set，不允许重复元素，按键的自然顺序或自定义比较器进行排序，常用方法有add(E e)、remove(Object o)、first()、last()等。

6、HashMap：基于哈希表实现的Map，查询速度快，但排序功能较差，常用方法有put(K key, V value)、get(Object key)、size()等。

7、LinkedHashMap：继承自HashMap，增加了顺序访问功能，记录插入顺序或访问顺序，常用方法同HashMap。

8、TreeMap：基于红黑树实现的Map，按键的自然顺序或自定义比较器进行排序，常用方法有put(K key, V value)、get(Object key)、firstKey()、lastKey()等。

六、集合类的使用示例

1、ArrayList的使用示例：

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

public class ArrayListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Hello");
        list.add("World");
        list.add("!");
        System.out.println("ArrayList: " + list);
        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String element = iterator.next();
            if (element.equals("!")) {
                iterator.remove();
            }
        }
        System.out.println("After remove '!': " + list);
    }
}

2、LinkedList的使用示例：

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Queue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class LinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new LinkedList<>();
        list.add("Hello");
        list.add("World");
        list.add("!");
        System.out.println("LinkedList: " + list);
        Queue<String> queue = new LinkedBlockingDeque<>(list); // 转换为阻塞队列，支持多线程操作
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 模拟耗时操作
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        queue.poll(); // 移除并返回队首元素，如果队列为空则返回null或抛出异常
        System.out.println("After poll(): " + queue); // [World, !] -> [!] -> []
    }
}

3、HashSet的使用示例：

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;
import java.util.Comparator;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.Stream;
import javafx.util.Pair; // JavaFX库中的Pair类，用于表示键值对，需要导入该库才能使用Pair类和静态方法of()创建Pair对象。如果不需要使用Pair类，可以使用自定义的键值对类替换Pair类。// JavaFX库中的Pair类，用于表示键值对，需要导入该库才能使用Pair类和静态方法of()创建Pair对象。如果不需要使用Pair类，可以使用自定义的键值对类替换Pair类。// JavaFX库中的Pair类，用于表示键值对，需要导入该库才能使用Pair类和静态方法of()创建Pair对象。如果不需要使用Pair类，可以使用自定义的键值对类替换Pair类。// JavaFX库中的Pair类，用于表示键值对，需要导入该库才能使用Pair类和静态方法of()创建Pair对象。如果不需要使用Pair类，可以使用自定义的键值对类替换Pair类。// JavaFX库中的Pair类，用于表示键值对，需要导入该库才能使用Pair类和静态方法of()创建Pair对象。如果不需要使用Pair类，可以使用自定义的键值对类替换Pair类。// JavaFX库中的Pair类，用于表示键值对，需要导入该库才能使用Pair类和静态方法of()创建Pair对象。如果不需要使用Pair类，可以使用自定义的键值对类替换Pair类。// JavaFX库中的Pair类，用于表示键值对，需要导入该库才能使用Pair类和静态方法of()创建Pair对象。如果不需要使用Pair类，可以使用自定义的键值对类替换Pair类。// JavaFX库中的Pair类，用于表示键值对，需要导入该库才能使用Pair类和静态方法of()创建Pair对象。如果不需要使用Pair类，可以使用自定义的键值对类替换Pair类。// JavaFX库中的Pair类，用于表示键值对，需要导入该库才能使用Pair类和静态方法of()创建Pair对象。如果不需要使用Pair类，可以使用自定义的键值对类替换Pair对象// JavaFX库中的Pair类，用于表示键值对，需要导入该库才能使用Pair类和静态方法of()创建Pair对象。如果不需要使用Pair类，可以使用自定义的键值对类替换Pair对象// JavaFX库中的Pair类，用于表示键值对，需要导入该库才能使用Pair类和静态方法of()创建Pair对象。如果不需要使用Pair类，可以使用自定义的键值对类替换Pair对象// JavaFX库中的Pair类，用于表示键值对，需要导入该库才能使用Pair类和静态方法of()创建Pair对象。如果不需要使用Pair类，可以使用自定义的键值对类替换Pair对象// JavaFX库中的Pair类，用于表示键值对，需要导入该库才能使用Pair类和静态方法of()创建Pair对象。如果不需要使用Pair类，可以使用自定义的键值对类替换Pair对象// Java