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Java 集合框架知識點總結：從數組到 Map 的完整體系梳理

編輯：Java 相關知識

集合框架是 Java 處理數據組的統一架構。本文系統總結數組與集合差異、Collection/Map 兩大體系、核心實現類特性、遍歷模式、工具類 Collections，附帶驗證代碼與輸出結果。

數組 vs 集合

維度	數組	集合
元素類型	基本類型 + 引用類型	僅引用類型（基本類型自動裝箱）
長度	固定	動態可變
功能豐富度	僅存取	豐富 API（增刪改查、遍歷、排序等）

Collection 體系

List：有序、可重複

ArrayList：動態數組，擴容 1.5倍，隨機訪問快，插刪慢（需移動元素）
LinkedList：雙向鏈表，首尾增刪 O(1)，訪問 O(n)，可作隊列/棧

ArrayList 核心方法驗證

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A"); list.add("B"); list.add("C");
list.addAll(0, Arrays.asList("1","2","3")); // [1,2,3,A,B,C]
List<String> sub = list.subList(1, 5);     // [2,3,A,B] 左閉右開
list.set(3, "Set");                        // 索引3 A→Set
list.indexOf("3"); // 2, indexOf("D"); // -1
String[] arr = list.toArray(new String[0]); // 轉數組
list.clear(); list.isEmpty(); // true

LinkedList 首尾操作

LinkedList<String> ll = new LinkedList<>();
ll.add("1"); ll.add("2"); ll.add("3");
ll.addFirst("F"); ll.addLast("L"); // [F,1,2,3,L]

// 獲取表頭方法對比
ll.getFirst();  // 拋異常如果空
ll.element();   // 拋異常如果空
ll.peek();      // 返回null如果空
ll.poll();      // 獲取並移除，空返回null
ll.pop();       // 同poll，棧語義

// FIFO 隊列演示
while (!ll.isEmpty()) System.out.print(ll.poll() + " "); // F 1 2 3 L

Set：無序、不可重複

HashSet：HashMap 底層，O(1) 增刪查，元素需正確重寫 equals()/hashCode()
LinkedHashSet：維護插入順序，迭代性能優
TreeSet：紅黑樹，自然序/定制序，元素需實現 Comparable 或提供 Comparator

TreeSet 定制排序示例

class Person implements Comparable<Person> {
    String name; int age;
    public int compareTo(Person o) {
        int diff = this.age - o.age;
        return diff != 0 ? diff : this.name.compareTo(o.name);
    }
}

Set<Person> ts = new TreeSet<>();
ts.add(new Person("小強",21));
ts.add(new Person("小偉",23));
ts.add(new Person("小強",21)); // 重複不加入
ts.add(new Person("小琴",20));
ts.add(new Person("小婷",20));
// 輸出：小婷20, 小琴20, 小強21, 小偉23

Map 體系：Key-Value 映射

Key 唯一，Value 可重複
Entry = Key-Value 對，存儲在 Set 中

HashMap：高性能、無序、允許 null

遍歷四種方式

Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
map.put(1, "清華"); map.put(2, "北大"); ...

// 1. keySet + get (兩次查找)
for (Integer k : map.keySet()) System.out.println(k + "=" + map.get(k));

// 2. entrySet + Iterator
Iterator<Map.Entry<Integer,String>> it = map.entrySet().iterator();
while (it.hasNext()) {
    Map.Entry<Integer,String> e = it.next();
    System.out.println(e.getKey() + "=" + e.getValue());
}

// 3. entrySet + foreach (推薦)
for (Map.Entry<Integer,String> e : map.entrySet()) 
    System.out.println(e.getKey() + "=" + e.getValue());

// 4. values (僅需值)
for (String v : map.values()) System.out.println(v);

TreeMap：Key 有序（紅黑樹）

功能同 HashMap，但 Key 保持升序，性能稍低。

Collections 工具類

所有方法均為 static，常用：

方法	用途
`sort(List)`	自然序排序
`sort(List, Comparator)`	定制序排序
`binarySearch(List, key)`	二分查找（需先排序）
`reverse(List)`	反轉
`shuffle(List)`	隨機打亂
`max/min(Collection)`	極值
`synchronizedList/List/Map/Set`	線程安全包裝
`unmodifiableList/Map/Set`	不可變視圖
`addAll(Collection, T...)`	批量添加
`replaceAll(List, old, new)`	批量替換

遺留類（了解即可）

Vector：同步 ArrayList，擴容 2倍
Stack：Vector 子類，LIFO
Hashtable：同步 HashMap，不允許 null
Properties：Hashtable 子類，Key/Value 均 String，配置文件專用
Enumeration：早期 Iterator
BitSet：位集合

總結

集合選型決策樹：

需要 Key-Value → Map
  ├─ 高併發 → ConcurrentHashMap
  ├─ 需排序 → TreeMap
  ├─ 需插入序 → LinkedHashMap
  └─ 一般 → HashMap

需要單列集合 → Collection
  ├─ 需去重 → Set
  │   ├─ 需排序 → TreeSet
  │   ├─ 需插入序 → LinkedHashSet
  │   └─ 一般 → HashSet
  └─ 允許重複 → List
      ├─ 隨機訪問多 → ArrayList
      └─ 首尾增刪多 → LinkedList

掌握核心實現原理、API 特性、遍歷最佳實踐，是 Java 開發者的基本功。