Java 集合框架核心介面詳解：Set、SortedSet、Map 與排序機制

核心介面體系

java.util.Collection 為根介面，下分 List、Set、Queue。Map 不繼承 Collection 但屬集合框架核心。

Set：不重複元素集合

• 延伸 Collection，不允許重複元素（equals() 比較）。
• 常用實作：HashSet（無序、O(1)）、LinkedHashSet（維護插入序）、TreeSet（有序、紅黑樹、O(log n)）。

SortedSet：有序 Set

• 繼承 Set，元素依自然順序（Comparable）或指定 Comparator 排序。
• 提供 first()、last()、headSet()、tailSet()、subSet() 等範圍操作。
• 唯一實作：TreeSet。

Comparator：外部比較策略

• 定義 compare(T o1, T o2) 與 equals(Object)，實現自訂排序邏輯。
• 傳遞給 TreeSet、TreeMap、Collections.sort()、Arrays.sort() 控制排序行為。
• Java 8+ 提供靜態工廠方法：Comparator.comparing()、thenComparing()、nullsFirst() 等，支援鏈式組合。

Map：鍵值對映射

• 鍵唯一，每鍵對應單一值。類似 Hashtable 但非同步。
• 核心操作：put(k,v)、get(k)、remove(k)、containsKey(k)、keySet()、values()、entrySet()。
• 常用實作：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap（有序）、ConcurrentHashMap（執行緒安全）。

排序機制兩大路徑

1. Collections.sort(List) / Arrays.sort(array)：靜態工具方法。
   • 單參數版：元素需實作 Comparable（自然順序）。
   • 雙參數版：傳入 Comparator 實例（外部順序）。
2. 元素內建 Comparable：類別實作 Comparable<T>，compareTo(T o) 回傳負/零/正代表小於/等於/大於。TreeSet/TreeMap 無需額外 Comparator 即可排序。

自訂比較器範例

class MySortedMapComparator implements Comparator<String> {
    @Override
    public int compare(String o1, String o2) {
        // 依字串長度排序，長度相同再按字典序
        int lenDiff = o1.length() - o2.length();
        return (lenDiff != 0) ? lenDiff : o1.compareTo(o2);
    }
}

// 使用
Set<String> set = new TreeSet<>(new MySortedMapComparator());
set.addAll(Arrays.asList("apple", "fig", "banana", "cherry", "date"));
// 輸出: fig, date, apple, cherry, banana

效能與選型速查