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
| 接口 | 特点 | 典型实现类 |
|---|---|---|
| List | 有序、可重复 | ArrayList, LinkedList |
| Set | 无序、唯一 | HashSet, TreeSet |
| Queue | 先进先出（FIFO）或优先级队列 | LinkedList, PriorityQueue |
| Map | 键值对存储 | HashMap, TreeMap |
| Deque | 双端队列 | ArrayDeque |
二、List家族深度剖析
2.1 ArrayList vs LinkedList
| 特性 | ArrayList | LinkedList |
|---|---|---|
| 底层结构 | 动态数组 | 双向链表 |
| 随机访问速度 | O(1) | O(n) |
| 插入删除性能 | 尾部O(1)，中间O(n) | 头尾O(1)，中间O(n) |
| 内存占用 | 连续内存，空间浪费少 | 每个元素额外存储两个指针 |
| 最佳场景 | 高频查询+尾部操作 | 频繁插入删除（尤其是中间） |
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
| 特性 | HashSet | TreeSet |
|---|---|---|
| 底层实现 | HashMap | 红黑树 |
| 元素顺序 | 无序 | 自然顺序或Comparator排序 |
| 时间复杂度 | 添加/删除/查找平均O(1) | 所有操作O(log n) |
| 允许null值 | 是 | 否（除非Comparator支持） |
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
| 遍历方式 | ArrayList | LinkedList | HashSet |
|---|---|---|---|
| for循环 | 最快 | 极慢 | 不支持 |
| 迭代器 | 快 | 快 | 快 |
| forEach+lambda | 快 | 快 | 快 |
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
-
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）？
-
-
线程安全策略
-
无竞争：普通集合
-
低竞争：
Collections.synchronizedXXX() -
高并发：
ConcurrentHashMap,CopyOnWriteArrayList
-
-
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
-
