Java 集合框架繼承結構圖解：Collection/Map 體系全景圖

集合框架核心體系概覽

Java 集合框架分為兩大頂層接口：Collection（單列集合）和 Map（雙列鍵值對）。

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    java.util.Collection                       │
│  (單列集合，存儲單個元素)                                      │
├──────────────┬──────────────┬──────────────┬────────────────┤
│    List      │     Set      │    Queue     │   SortedSet    │
│  (有序,可重複)│ (無序,唯一)   │   (隊列)      │   (有序Set)     │
└──────┬───────┴──────┬───────┴──────┬───────┴───────┬────────┘
       │              │              │               │
┌──────▼──────┐ ┌──────▼──────┐ ┌──────▼──────┐ ┌──────▼──────┐
│ ArrayList   │ │  HashSet    │ │ LinkedList  │ │  TreeSet    │
│ LinkedList  │ │ LinkedHashSet│ │ PriorityQueue│ │             │
│ Vector      │ │  TreeSet    │ │ ArrayDeque  │ │             │
└─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        java.util.Map                          │
│  (雙列集合，存儲 key-value，key 唯一)                          │
├──────────────┬──────────────┬──────────────┬────────────────┤
│   HashMap    │  LinkedHashMap│   TreeMap    │   Hashtable    │
│  (無序,高性能) │ (有序,插入序)  │ (有序,按鍵排序) │ (線程安全,舊)   │
└──────────────┴──────────────┴──────────────┴────────────────┘

Collection 接口核心方法

List 接口：有序、可重複、支持索引

特有方法（索引相關）

三大實現類對比

Set 接口：無序、唯一

HashSet：哈希表，性能最優

• 底層：HashMap (key 為元素，value 為 PRESENT 常量)
• 唯一性判斷：hashCode() 相同 → equals() 比較
• 插入順序不保證

LinkedHashSet：保持插入順序

• 底層：LinkedHashMap (雙向鏈表維護順序)
• 遍歷順序 = 插入順序

TreeSet：有序（紅黑樹）

• 底層：TreeMap (紅黑樹)
• 自然排序：元素實現 Comparable
• 定制排序：構造器傳入 Comparator
• 唯一性判斷：compareTo() == 0 或 compare() == 0

Queue 接口：隊列

Map 接口：鍵值對、Key 唯一

核心方法

四大實現類對比

集合遍歷方式對比

⚠️ 并發修改異常

// ❌ 錯誤：遍歷時直接用集合方法修改
for (String s : list) {
    if ("x".equals(s)) list.remove(s); // ConcurrentModificationException
}

// ✅ 正確：用迭代器刪除
Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    if ("x".equals(it.next())) it.remove();
}

// ✅ 正確：Java 8 removeIf
list.removeIf("x"::equals);

// ✅ 正確：收集後再刪
List<String> toRemove = new ArrayList<>();
for (String s : list) if ("x".equals(s)) toRemove.add(s);
list.removeAll(toRemove);

Collections 工具類 vs Collection 接口

Collections 常用靜態方法

// 排序
Collections.sort(list);                    // 自然排序
Collections.sort(list, comparator);        // 定制排序

// 查找 (前提：已排序)
int index = Collections.binarySearch(list, key);

// 同步包裝 (線程安全視圖)
List<String> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
Map<K,V> syncMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
Set<E> syncSet = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());

// 不可變視圖 (只讀)
List<String> unmod = Collections.unmodifiableList(list);
Map<K,V> unmodMap = Collections.unmodifiableMap(map);

// 其他
Collections.reverse(list);           // 反轉
Collections.shuffle(list);           // 隨機打亂
Collections.max/min(collection);     // 極值
Collections.frequency(c, o);         // 出現次數
Collections.disjoint(c1, c2);        // 是否無交集

選型決策樹

需要存儲單個元素？
├─ 需要索引訪問、允許重複 → ArrayList (首選) / LinkedList (頻繁增刪)
├─ 不允許重複、無序 → HashSet (首選)
├─ 不允許重複、保持插入序 → LinkedHashSet
├─ 不允許重複、需要排序 → TreeSet
└─ 隊列操作 (FIFO/LIFO) → ArrayDeque / LinkedList / PriorityQueue

需要存儲鍵值對？
├─ 高性能查找、無序 → HashMap (首選)
├─ 保持插入順序 → LinkedHashMap
├─ Key 需要排序 → TreeMap
├─ 多線程高並發 → ConcurrentHashMap
└─ 歷史兼容 → Hashtable (不推薦)

總結

Java 集合框架設計精妙，核心掌握：Collection/Map 兩大體系、List/Set/Queue 三大子體系、ArrayList/LinkedList/HashSet/HashMap 四大主力實現、遍歷用 Iterator/for-each、線程安全用 Collections.synchronizedXxx/ConcurrentHashMap、避坑 ConcurrentModificationException。實際開發中 90% 場景用 ArrayList 和 HashMap 即可覆蓋。