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Java常用的集合有哪些

Java常用的集合主要分为两大体系：Collection 和 Map 。

1. Collection

Collection 接口是所有单列集合的顶层父接口，它定义了单列集合通用的操作方法，如 add, remove, contains, size 等。它的下面又派生出三个核心的子接口：List, Set, 和 Queue。

List 接口的特点是：元素有序，且可以重复。它通过索引来访问和操作元素。

常用的实现类有：

  1. ArrayList:

    • 底层数据结构：动态数组（Object[]）。

    • 特点：查询和修改（通过索引 get/set）速度非常快，时间复杂度是O(1)。但是，在数组中间或开头进行插入和删除操作较慢，因为需要移动后续所有元素，时间复杂度是O(n)。

    • 适用场景：适合读多写少的场景，特别是需要频繁进行随机访问的场景。它是最常用的List实现。

    • 线程安全性：非线程安全。

  2. LinkedList:

    • 底层数据结构：双向链表。

    • 特点：插入和删除操作非常快，尤其是在列表的头尾，时间复杂度是O(1)。但是查询和修改（通过索引）速度较慢，需要从头或尾开始遍历，时间复杂度是O(n)。

    • 适用场景：适合写多读少的场景，特别是需要频繁进行头尾增删的场景。它也实现了Deque接口，可以作为栈或队列使用。

    • 线程安全性：非线程安全。

  3. Vector:

    • 底层数据结构：与ArrayList类似，也是动态数组。

    • 特点：它是ArrayList的线程安全版本，其所有公开方法都由synchronized修饰，性能开销较大。

    • 适用场景：如今已很少使用，通常会被Collections.synchronizedList()或者java.util.concurrent包下的并发集合替代。

Set 接口的特点是：元素无序（通常情况下），且不允许重复。它主要用于去重和判断某个元素是否存在。

常用的实现类有：

  1. HashSet:

    • 底层数据结构：基于HashMap实现。它只使用HashMap的键（Key）来存储元素，值（Value）部分则是一个固定的虚拟对象。

    • 特点：存取速度快，不保证元素的存储顺序。判断元素是否存在非常高效。

    • 线程安全性：非线程安全。

  2. LinkedHashSet:

    • 底层数据结构：基于LinkedHashMap实现。

    • 特点：它在HashSet的基础上，额外维护了一个链表来记录元素的插入顺序。因此，遍历LinkedHashSet时，元素会按照插入的顺序输出。

    • 线程安全性：非线程安全。

  3. TreeSet:

    • 底层数据结构：红黑树（基于TreeMap实现）。

    • 特点：元素会自动排序。存入TreeSet的元素必须实现Comparable接口，或者在创建TreeSet时传入一个Comparator比较器。

    • 适用场景：需要一个能自动排序的、且不允许重复的集合。

    • 线程安全性：非线程安全。

Queue 接口模拟了队列的数据结构，即先进先出（FIFO）。

常用的实现类有：

  1. LinkedList: 如前所述，它实现了Deque（双端队列）接口，因此可以作为标准的队列使用。

  2. PriorityQueue:

    • 底层数据结构：二叉堆。

    • 特点：它不是一个标准的先进先出队列，而是一个优先队列。元素出队的顺序是根据其自然顺序或者构造时传入的比较器决定的，每次出队的都是优先级最高的元素。

    • 线程安全性：非线程安全。

2. Map

Map 接口用于存储键值对（Key-Value），它的键是唯一的，每个键都映射到一个值。它不继承自Collection接口，是自成一体的体系。

常用的实现类有：

  1. HashMap:

    • 底层数据结构：数组 + 链表 / 红黑树。

    • 特点：最常用的Map实现，存取速度快，但不保证键值对的顺序。键和值都允许为null。

    • 线程安全性：非线程安全。

  2. LinkedHashMap:

    • 底层数据结构：在HashMap的基础上，增加了一个双向链表来维护插入顺序或访问顺序。

    • 特点：遍历时可以按照插入顺序输出键值对。

    • 适用场景：需要保持插入顺序的Map，或实现LRU缓存等。

    • 线程安全性：非线程安全。

  3. TreeMap:

    • 底层数据结构：红黑树。

    • 特点：键会自动排序。键必须实现Comparable接口或在构造时传入Comparator。

    • 适用场景：需要对键进行排序的Map。

    • 线程安全性：非线程安全。

  4. Hashtable:

    • 底层数据结构：数组 + 链表。

    • 特点：HashMap的古老线程安全版本，方法由synchronized修饰。它不允许键或值为null。

    • 适用场景：与Vector一样，基本已被淘汰，通常由ConcurrentHashMap替代。

3. 并发集合

除了上述集合，java.util.concurrent包下还提供了一系列为并发环境设计的高性能集合，是多线程编程时的首选。

  • ConcurrentHashMap: 线程安全的HashMap，通过分段锁（Java 7）或CAS加synchronized（Java 8）等技术实现高效并发，性能远超Hashtable。

  • CopyOnWriteArrayList: 线程安全的ArrayList，读操作不加锁，写操作时会复制整个底层数组。适合读多写极少的场景。

  • CopyOnWriteArraySet: 基于CopyOnWriteArrayList实现的线程安全Set。

  • BlockingQueue接口及其实现（如ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue）：用于生产者-消费者模型的阻塞队列。