集合家族详情

一、Java集合框架全景图

1.1 核心接口层次结构

graph TD
    A[Iterable] --> B[Collection]
    B --> C1[List]
    B --> C2[Set]
    B --> C3[Queue]
    C1 --> D1[ArrayList]
    C1 --> D2[LinkedList]
    C2 --> E1[HashSet]
    C2 --> E2[TreeSet]
    C3 --> F1[PriorityQueue]
    G[Map] --> H1[HashMap]
    G --> H2[TreeMap]
    G --> H3[ConcurrentHashMap]

1.2 核心接口说明

二、List家族深度剖析

2.1 ArrayList vs LinkedList

代码示例：初始化与遍历

// ArrayList初始化
List<String> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add("Java");
arrayList.add("Python");

// LinkedList初始化
List<String> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.add("C++");
linkedList.addFirst("Go");  // 链表特有方法

// 通用遍历方式（JDK8+）
arrayList.forEach(System.out::println);

三、Set家族的奥秘

3.1 HashSet vs TreeSet

代码示例：自定义对象的HashSet使用

class Student {
    String id;
    String name;
    // 必须重写equals和hashCode！
    @Override
    public boolean equals(Object o) { /*...*/ }
    @Override
    public int hashCode() { /*...*/ }
}

Set<Student> students = new HashSet<>();
students.add(new Student("1001", "Alice"));

四、Map家族的王者之争

4.1 HashMap底层原理（JDK8+）

• 数组+链表+红黑树结构

• 默认负载因子0.75，扩容阈值=容量×负载因子

• 哈希冲突解决：链表长度≥8时转红黑树，≤6时退化为链表

PUT操作流程示意图：

ConcurrentMap<String, Integer> scores = new ConcurrentHashMap<>();
scores.compute("Alice", (k, v) -> (v == null) ? 1 : v + 1);

五、高级话题与性能优化

5.1 集合初始化容量优化

• ArrayList：预估数据量避免频繁扩容（默认容量10）

• HashMap：设置初始容量=预期元素数/0.75 + 1

  // 优化示例：预期存储1000个元素
  new HashMap<>( (int)(1000/0.75) + 1 );

5.2 遍历方式的性能对比

5.3 不可变集合（Java 9+）

List<String> immutableList = List.of("A", "B", "C");
Set<Integer> immutableSet = Set.of(1, 2, 3);
Map<String, Integer> immutableMap = Map.of("Key1", 1, "Key2", 2);

六、常见问题与陷阱

6.1 ConcurrentModificationException

错误示例：

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B"));
for (String s : list) {
    if ("B".equals(s)) {
        list.remove(s);  // 抛出异常！
    }
}

解决方案：

• 使用迭代器的remove()方法

• 使用CopyOnWriteArrayList

• 使用Stream过滤（Java8+）

6.2 hashCode()与equals()的契约

• 规则1：两个对象相等（equals()返回true）→ 必须具有相同的hashCode()

• 规则2：hashCode()相同的对象不一定相等

• 违反后果：在HashSet/HashMap中出现重复元素或丢失元素

七、最佳实践总结

1. 选择集合类型的三要素

   • 是否需要排序？

   • 是否需要唯一性？

   • 主要操作类型（查询/插入/删除）？

2. 线程安全策略

   • 无竞争：普通集合

   • 低竞争：Collections.synchronizedXXX()

   • 高并发：ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList

3. 性能黄金法则

   • 预估容量减少扩容

   • 避免在循环中频繁创建迭代器

   • 复杂对象实现高效的hashCode()方法