您现在的位置：程式碼之家 >> 編程語言 > >> Java 程式設計 >> Java 相關知識

Java 集合框架深度解析：List、Set、Map、Queue 選型指南

編輯：Java 相關知識

集合體系宏觀圖譜

Java 容器類層級圖

綠色為接口，紅色為常用實現類。核心分為 Collection（單列）與 Map（雙列）兩大體系。

一、Collection 子體系

1. List - 有序、可重複、可索引

實現	底層結構	優點	缺點	適用場景
ArrayList	動態數組	隨機訪問 O(1)，遍歷快	中間增刪 O(n) 需搬移元素	讀多寫少、頻繁隨機訪問
LinkedList	雙向鏈表	首尾/中間增刪 O(1)，實現 Queue/Deque	隨機訪問 O(n)，內存佔用大	寫多讀少、棧/隊列、頻繁增刪
Vector	動態數組	線程安全（synchronized）	性能差，已被 Collections.synchronizedList 替代	極少用

ArrayList 擴容機制（JDK 8）

// 初始容量 10，擴容 1.5 倍
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

LinkedList 節點結構

static class Node {
    E item;
    Node next;
    Node prev;
}

2. Set - 無序、不可重複

實現	底層	特點	場景
HashSet	HashMap	查找 O(1)，無序	去重、快速判斷存在性
LinkedHashSet	LinkedHashMap	保持插入順序	需有序去重
TreeSet	TreeMap (紅黑樹)	自然序/定制序有序，O(log n)	排序去重、範圍查詢

3. Queue - 隊列（FIFO）與優先級隊列

LinkedList 實現 Queue/Deque：offer/poll/peek。
PriorityQueue：基於堆的優先級隊列，默認自然序（最小值優先），可傳 Comparator 定制。允許重複元素。
ArrayDeque：雙端隊列，性能優於 LinkedList，非線程安全。

二、Map 子體系

實現	底層	特點	場景
HashMap	數組+鏈表/紅黑樹 (JDK8)	查找/插入 O(1)，Key 可 null	高頻緩存、鍵值存儲
LinkedHashMap	HashMap + 雙向鏈表	保持插入/訪問順序	LRU 緩存、有序遍歷
TreeMap	紅黑樹	Key 有序，O(log n)	範圍查詢、排序映射
Hashtable	數組+鏈表	線程安全，Key/Value 不可 null	已淘汰，用 ConcurrentHashMap
ConcurrentHashMap	CAS + synchronized (JDK8)	高併發線程安全	多線程環境首選

三、迭代器模式與安全刪除

foreach 本質是 Iterator，直接在循環中 list.remove() 會拋 ConcurrentModificationException（modCount 不匹配）。

正確刪除姿勢

Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    it.next();       // 必須先 next()，否則 lastRet=-1 拋 IllegalStateException
    if (condition) it.remove();
}

四、工具類：Collections vs Arrays

Collections.addAll(list, arr)：將數組/可變參數批量加入集合。
Arrays.asList(arr)：返回固定大小的 List（底層仍是數組），不可增刪，但可修改元素值。

五、選型決策樹（速查）

需鍵值映射 → Map：高併發 ConcurrentHashMap，有序 LinkedHashMap/TreeMap，一般 HashMap。
單列數據 → Collection：
- 需去重 → Set：有序 LinkedHashSet/TreeSet，一般 HashSet。
- 可重複 → List：隨機訪問 ArrayList，首尾/中間增刪 LinkedList。
- 隊列語義 → Queue：優先級 PriorityQueue，雙端 ArrayDeque。