掌握 Java 集合框架：从基础到高级的全面指南

主要接口

1. Collection

• 描述：Collection 是所有集合类的根接口，定义了集合的基本操作，如添加、删除、查找等。
• 主要方法：
  • boolean add(E e)：添加一个元素。
  • boolean remove(Object o)：移除一个元素。
  • boolean contains(Object o)：检查是否包含某个元素。
  • int size()：返回集合的大小。
  • boolean isEmpty()：检查集合是否为空。
  • Iterator iterator()：返回一个迭代器，用于遍历集合中的元素。
  • boolean addAll(Collection c)：添加另一个集合中的所有元素。
  • boolean removeAll(Collection c)：移除另一个集合中的所有元素。
  • boolean retainAll(Collection c)：仅保留另一个集合中的元素。
  • void clear()：清空集合。
  • Object[] toArray()：将集合转换为数组。
  • T[] toArray(T[] a)：将集合转换为指定类型的数组。

2. List

• 描述：List 是一个有序集合，允许重复元素。可以通过索引访问元素。
• 主要实现类：
  • ArrayList：基于动态数组实现，支持随机访问，但插入和删除效率较低。
  • LinkedList：基于双向链表实现，适合频繁插入和删除操作。
  • Vector：类似于 ArrayList，但线程安全。
  • Stack：继承自 Vector，实现后进先出（LIFO）的数据结构。

3. Set

• 描述：Set 是一个不包含重复元素的集合。
• 主要实现类：
  • HashSet：基于哈希表实现，不允许重复元素，没有顺序保证。
  • TreeSet：基于红黑树实现，元素自然排序或通过比较器排序。
  • LinkedHashSet：基于哈希表和链表实现，保持插入顺序。

4. Queue

• 描述：Queue 是一个用于存储队列的数据结构，支持 FIFO（先进先出）等特性。

• 主要实现类：

  • LinkedList：实现了 Queue 接口，可以作为队列使用。

  • PriorityQueue：基于优先堆实现，元素按优先级排序。

  • Deque：双端队列，可以从两端进行插入或移除元素。

    • ArrayDeque：基于数组实现的双端队列。
    • LinkedList：也可以作为双端队列使用。

5. Map

• 描述：Map 存储键值对，不允许重复的键。
• 主要实现类：
  • HashMap：基于哈希表实现，允许一个 null 键和多个 null 值。
  • TreeMap：基于红黑树实现，按键值自然排序或通过比较器排序。
  • Hashtable：类似于 HashMap，但线程安全。
  • LinkedHashMap：保持插入顺序的哈希映射。

工具类

1. Collections

• 描述：Collections 提供了一系列静态方法，用于操作或返回集合。
• 主要方法：
  • static void sort(List list)：对列表进行排序。
  • static void reverse(List list)：反转列表中的元素。
  • static int binarySearch(List> list, T key)：在已排序的列表中进行二分查找。
  • static void shuffle(List list)：随机打乱列表中的元素。
  • static void fill(List list, T obj)：用指定的元素填充列表。
  • static List synchronizedList(List list)：返回一个线程安全的列表。

2. Arrays

• 描述：Arrays 提供了一系列静态方法，用于操作数组。
• 主要方法：
  • static List asList(T... a)：返回一个固定大小的列表，由指定的数组支持。
  • static void sort(T[] a)：对数组进行排序。
  • static boolean equals(T[] a, T[] a2)：判断两个数组是否相等。
  • static String toString(T[] a)：返回数组的字符串表示形式。

使用注意事项

1. 线程安全性：大多数集合类不是线程安全的，如果在多线程环境中使用，需要额外考虑同步机制。可以使用 Collections.synchronizedList 等方法来获取线程安全的集合。
2. 性能考量：不同的集合类适用于不同的场景，选择合适的集合类可以提高程序的运行效率。例如，ArrayList 适合随机访问，而 LinkedList 适合频繁插入和删除操作。
3. 内存管理：避免不必要的大集合占用过多内存，及时释放不再使用的集合资源。
4. 异常处理：在操作集合时，注意可能抛出的异常，如 NullPointerException、IndexOutOfBoundsException 等。

示例代码

以下是一些示例代码，展示了如何使用 Java 集合框架中的不同组件：

import java.util.*;

public class CollectionsExample {
    public static void main(String[] args) {
        // List 示例
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");
        System.out.println("List: " + list);

        // Set 示例
        Set<String> set = new HashSet<>();
        set.add("Apple");
        set.add("Banana");
        set.add("Cherry");
        System.out.println("Set: " + set);

        // Map 示例
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("Apple", 1);
        map.put("Banana", 2);
        map.put("Cherry", 3);
        System.out.println("Map: " + map);

        // Queue 示例
        Queue<String> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer("Apple");
        queue.offer("Banana");
        queue.offer("Cherry");
        System.out.println("Queue: " + queue);
        System.out.println("Dequeued element: " + queue.poll());
        System.out.println("Queue after dequeue: " + queue);

        // 使用 Collections 工具类
        Collections.sort(list);
        System.out.println("Sorted List: " + list);

        // 使用 Arrays 工具类
        String[] array = {"Apple", "Banana", "Cherry"};
        List<String> arrayList = Arrays.asList(array);
        System.out.println("Array List: " + arrayList);
    }
}

通过上述介绍和示例代码，你可以更好地理解和使用 Java 集合框架中的各种组件。