Java 集合框架核心介面詳解：Collection、List、Set、Queue、Map 體系

核心集合介面架構

Java 集合框架的核心介面形成兩條獨立的繼承體系：以 Collection 為根的集合體系，以及以 Map 為根的鍵值對體系。理解這些介面的層級關係與設計意圖，是高效使用集合框架的基礎。

Collection 體系

• Collection<E>：所有集合的根介面，代表一組物件（元素）。不直接提供實作，而是透過子介面 Set、List、Queue、Deque 定義具體行為。
• Set<E>：不包含重複元素的集合，模擬數學集合概念。常用實作：HashSet、LinkedHashSet、TreeSet。
• List<E>：有序集合（序列），允許重複元素，支援索引存取。常用實作：ArrayList、LinkedList。
• Queue<E>：先進先出（FIFO）隊列，提供插入、移除、檢查操作。優先隊列（PriorityQueue）依比較器或自然順序排序。
• Deque<E>：雙端隊列，支援兩端插入移除，可作堆疊（LIFO）或隊列（FIFO）使用。ArrayDeque 為常用實作。

Map 體系

• Map<K,V>：鍵值對映射，鍵不可重複。常用實作：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable。
• SortedSet<E> / SortedMap<K,V>：分別為有序的 Set 與 Map，元素/鍵按自然順序或比較器排序。

泛型與類型安全

所有核心介面皆為泛型，例如 public interface Collection<E>。宣告時指定元素類型（如 Collection<String>），編譯器可在編譯期檢查類型正確性，減少執行期錯誤。

選用操作與 UnsupportedOperationException

為避免介面爆炸，修改操作（如 add、remove、clear）被設計為選用操作。特定實作可選擇不支援某些操作，若呼叫不支援的操作會拋出 UnsupportedOperationException。Java 平台通用實作（如 ArrayList、HashMap）均支援所有選用操作。

介面選擇指南

物件排序機制

SortedSet 與 SortedMap 依賴元素的自然順序（實作 Comparable）或外部比較器（Comparator）維持順序。詳細機制請參考「物件排序」章節。