集合框架概覽
Java 集合框架位於 java.util 包，提供了完善的數據結構實現：List、Set、Queue、Map 等。整體架構分為兩大體系：Collection（單列集合）和 Map（雙列映射）。
Collection 體系詳解
List 接口：有序、可重複
- ArrayList：動態數組，隨機訪問快，增刪慢，非線程安全，主流選擇
- LinkedList：雙向鏈表，頭尾增刪快，隨機訪問慢，實現 Deque，適合隊列/棧
- Vector：同步方法，線程安全，擴容翻倍，性能差，已過時
- Stack：繼承 Vector，後進先出，不推薦使用，改用 Deque
Set 接口：無序、不可重複
- HashSet：基於 HashMap 實現，O(1) 添加/查找，無序，允許 null
- LinkedHashSet：基於 LinkedHashMap，維護插入順序
- TreeSet：基於 TreeMap（紅黑樹），有序，O(log n)，元素需實現 Comparable 或提供 Comparator
Queue 接口：隊列操作
- PriorityQueue：優先隊列，基於堆，不保證同優先級順序
- ArrayDeque：雙端隊列，循環數組，性能優於 LinkedList
- LinkedList：也實現 Deque，但性能較差
- Concurrent 包：BlockingQueue 實現（ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue 等）
Map 體系詳解
核心實現
- HashMap：哈希表 + 鏈表（JDK 8+ 紅黑樹），O(1)，非線程安全，主流選擇
- LinkedHashMap：維護插入/訪問順序，適合 LRU 緩存
- TreeMap：紅黑樹，有序，O(log n)
- Hashtable：同步方法，線程安全，不允許 null，已過時
- ConcurrentHashMap：分段鎖/CAS，高併發首選
- WeakHashMap：弱引用鍵，適合緩存
- IdentityHashMap：用 == 比較鍵，特殊用途
迭代器與工具類
Iterator vs ListIterator
- Iterator：通用單向遍歷，hasNext、next、remove
- ListIterator：List 專用雙向遍歷，支持 add、set、previous、索引獲取
- Enumeration：JDK 1.0 遺留，僅用於 Vector、Hashtable，功能較弱
Arrays 與 Collections 工具類
- Arrays：排序、二分查找、填充、複製、轉 List、並行流操作
- Collections：排序、二分查找、同步包裝、不可修改視圖、空集合、填充、替換、旋轉、打亂等
核心設計模式應用
適配器模式
AbstractCollection、AbstractList、AbstractSet、AbstractMap、AbstractQueue 等抽象類實現了接口的大部分默認方法，子類只需實現核心抽象方法（如 iterator、size、get 等），大幅減少樣板代碼。
裝飾器模式
Collections.synchronizedList、unmodifiableList、checkedList 等靜態工廠方法返回包裝器，動態添加同步、只讀、類型檢查等功能。
迭代器模式
統一遍歷接口，屏蔽底層數據結構差異，支持 fail-fast 機制（modCount 檢測並發修改）。
選型決策指南
List 選型
- 默認 ArrayList
- 頻繁頭尾增刪、作為隊列/棧 → ArrayDeque 或 LinkedList
- 多線程讀多寫少 → CopyOnWriteArrayList
- 多線程寫多 → Collections.synchronizedList 或並發包
Set 選型
- 無序、高性能 → HashSet
- 需保持插入順序 → LinkedHashSet
- 需有序遍歷 → TreeSet
- 多線程 → ConcurrentHashMap.newKeySet() 或 CopyOnWriteArraySet
Map 選型
- 默認 HashMap
- 需有序 → TreeMap
- 需插入/訪問順序 → LinkedHashMap
- 高併發 → ConcurrentHashMap
- 緩存場景 → WeakHashMap 或 Caffeine/Guava Cache
總結
Java 集合框架經過多版本演進，設計精良、功能豐富。掌握核心接口體系、主流實現類特點、底層數據結構、適用場景與設計模式應用，是編寫高效、可維護 Java 代碼的基礎。現代開發中應優先選用非同步集合配合顯式同步策略，避免使用 Vector、Hashtable、Stack 等過時類別。
