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探索Java中的集合类_特性与使用场景

article 2025/3/15 12:54:58

1. 引言

1.1 Java集合框架概述

Java集合框架（Java Collections Framework, JCF）是Java中用于存储和操作一组对象的类和接口的统称。它提供了多种数据结构来满足不同的需求，如列表、集合、映射等。JCF的核心接口包括Collection、List、Set、Queue和Map，以及它们的各种实现类。

1.2 集合框架的重要性

集合框架简化了编程任务，提供了高效的算法和灵活的数据结构。通过使用集合框架，开发者可以专注于业务逻辑，而无需从头实现复杂的数据结构和算法。

2. Java集合框架结构

2.1 集合接口层次结构

Java集合框架的接口层次结构如下：

Collection：根接口，定义了基本的操作方法。
List、Set、Queue：继承自Collection，分别表示有序列表、无序集合和队列。
Map：独立于Collection，用于存储键值对。

2.2 常见集合接口介绍

Collection：提供了一组元素的基本操作方法，如添加、删除、遍历等。
List：有序集合，允许重复元素。
Set：不允许重复元素的无序集合。
Queue：先进先出（FIFO）的数据结构。
Map：存储键值对，键唯一。

3. List接口及其实现类

3.1 ArrayList特性与使用场景

ArrayList 是基于数组实现的动态列表，支持快速随机访问但插入和删除效率较低。

示例代码：

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListExample {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Orange");

        System.out.println("Initial list: " + list);

        // 添加元素
        list.add(1, "Grapes");
        System.out.println("After adding Grapes: " + list);

        // 删除元素
        list.remove("Banana");
        System.out.println("After removing Banana: " + list);
    }
}

3.2 LinkedList特性与使用场景

LinkedList 是基于双向链表实现的列表，适合频繁插入和删除操作。

示例代码：

import java.util.LinkedList;

public class LinkedListExample {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Orange");

        System.out.println("Initial list: " + list);

        // 添加元素
        list.addFirst("Grapes");
        System.out.println("After adding Grapes at first: " + list);

        // 删除元素
        list.removeLast();
        System.out.println("After removing last element: " + list);
    }
}

3.3 Vector特性与使用场景

Vector 类似于ArrayList，但它是线程安全的，性能较低。

示例代码：

import java.util.Vector;

public class VectorExample {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        Vector<String> vector = new Vector<>();
        vector.add("Apple");
        vector.add("Banana");
        vector.add("Orange");

        System.out.println("Initial vector: " + vector);

        // 添加元素
        vector.addElement("Grapes");
        System.out.println("After adding Grapes: " + vector);

        // 删除元素
        vector.removeElement("Banana");
        System.out.println("After removing Banana: " + vector);
    }
}

3.4 Stack特性与使用场景

Stack 是基于Vector实现的后进先出（LIFO）栈。

示例代码：

import java.util.Stack;

public class StackExample {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        Stack<String> stack = new Stack<>();
        stack.push("Apple");
        stack.push("Banana");
        stack.push("Orange"