Java 集合

在 Java 编程中，集合框架（java.util 包）是处理一组对象的强大工具。与数组不同，集合提供了更灵活的数据存储和操作方式。本文将详细介绍 Java 集合框架的核心接口、常用实现类及其应用场景，帮助你更好地理解和使用集合。

1. 什么是集合？

集合是用于存储一组对象的容器。Java 集合框架提供了多种数据结构和算法，方便开发者对数据进行增删改查等操作。集合框架主要分为两大类：

Collection 接口：用于存储一组对象。
Map 接口：用于存储键值对（key-value）。

2. 集合框架的核心接口

2.1 `Collection` 接口

Collection 是集合框架的根接口，它有三个主要的子接口：

List：有序且允许重复元素的集合。
Set：无序且不允许重复元素的集合。
Queue：用于存储待处理元素的队列。

2.2 `Map` 接口

Map 用于存储键值对，键（key）是唯一的，值（value）可以重复。常见的实现类有 HashMap、TreeMap 等。

3. 集合与数组的对比

特性	数组	集合
容量	固定大小	动态扩展
数据类型	可以存储基本类型和引用类型	只能存储引用类型
功能	功能有限	提供丰富的操作方法
适用场景	数据量固定且简单	数据量动态变化且复杂

4. `List` 集合

List 是有序且允许重复元素的集合，常用的实现类有 ArrayList 和 LinkedList。

4.1 `ArrayList`

ArrayList 是基于动态数组实现的，适合随机访问和遍历。

常用方法：

add(E e)：添加元素。
remove(int index)：删除指定位置的元素。
get(int index)：获取指定位置的元素。
set(int index, E element)：修改指定位置的元素。

示例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class ArrayListDemo {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("Java");list.add("Python");list.add("C++");System.out.println(list); // 输出: [Java, Python, C++]}
}

4.2 `LinkedList`

LinkedList 是基于双向链表实现的，适合频繁的插入和删除操作。

常用方法：

addFirst(E e)：在链表头部添加元素。
addLast(E e)：在链表尾部添加元素。
removeFirst()：删除链表头部的元素。
removeLast()：删除链表尾部的元素。

示例：

import java.util.LinkedList;public class LinkedListDemo {public static void main(String[] args) {LinkedList<String> list = new LinkedList<>();list.add("Java");list.addFirst("Python");list.addLast("C++");System.out.println(list); // 输出: [Python, Java, C++]}
}

5. `Set` 集合

Set 是无序且不允许重复元素的集合，常用的实现类有 HashSet 和 TreeSet。

5.1 `HashSet`

HashSet 是基于哈希表实现的，适合快速查找和去重。

常用方法：

add(E e)：添加元素。
remove(Object o)：删除元素。
contains(Object o)：判断是否包含指定元素。

示例：

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;public class HashSetDemo {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new HashSet<>();set.add("Java");set.add("Python");set.add("Java"); // 重复元素不会被添加System.out.println(set); // 输出: [Java, Python]}
}

5.2 `TreeSet`

TreeSet 是基于红黑树实现的，元素会按照自然顺序或自定义顺序排序。

示例：

import java.util.TreeSet;
import java.util.Set;public class TreeSetDemo {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new TreeSet<>();set.add("Java");set.add("Python");set.add("C++");System.out.println(set); // 输出: [C++, Java, Python]}
}

6. `Map` 集合

Map 用于存储键值对，常用的实现类有 HashMap 和 TreeMap。

6.1 `HashMap`

HashMap 是基于哈希表实现的，适合快速查找和插入。

常用方法：

put(K key, V value)：添加键值对。
get(Object key)：根据键获取值。
remove(Object key)：删除指定键的映射。

示例：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class HashMapDemo {public static void main(String[] args) {Map<String, String> map = new HashMap<>();map.put("Java", "编程语言");map.put("Python", "脚本语言");System.out.println(map.get("Java")); // 输出: 编程语言}
}

6.2 `TreeMap`

TreeMap 是基于红黑树实现的，键会按照自然顺序或自定义顺序排序。

示例：

import java.util.TreeMap;
import java.util.Map;public class TreeMapDemo {public static void main(String[] args) {Map<String, String> map = new TreeMap<>();map.put("Java", "编程语言");map.put("Python", "脚本语言");map.put("C++", "系统编程语言");System.out.println(map); // 输出: {C++=系统编程语言, Java=编程语言, Python=脚本语言}}
}