深入掌握 Java 集合框架核心架構與實戰應用

Java 集合框架概覽

Java 平台提供了一套統一的集合框架，主要由一組操作對象的介面組成。不同介面描述不同的資料結構類型，形成了清晰的層次體系。集合框架圖可分為三大部分：集合介面（6個）、抽象類（5個）、實現類（8個）。理解介面即掌握框架精髓，實際開發中應面向介面編程，以便靈活切換底層資料結構。

核心集合介面詳解

Collection 介面

Collection 是所有集合的根介面，表示一組允許重複的對象。主要方法包括：

• 單元素操作：add(Object)、remove(Object)
• 查詢操作：size()、isEmpty()、contains(Object)、iterator()
• 批量操作：containsAll(Collection)、addAll(Collection)、clear()、removeAll(Collection)、retainAll(Collection)
• 轉換為陣列：toArray()、toArray(Object[])

注意：集合不提供 get() 方法，遍歷必須使用 Iterator。

Set 介面

繼承 Collection，不允許重複元素，內部有排序機制。常用實現：HashSet（無序）、TreeSet（有序）、LinkedHashSet（插入序）。

List 介面

繼承 Collection，允許重複，按插入順序存儲。主要實現：ArrayList（動態陣列，查詢快）、LinkedList（雙向鏈表，增刪快）、Vector（線程安全，較舊）。List 新增了面向位置的操作：get(int)、set(int, Object)、add(int, Object)、remove(int)、subList(int, int)。

Map 介面

鍵值對集合，Key 不可重複，Value 可重複。常用實現：HashMap（無序）、TreeMap（按 Key 排序）、LinkedHashMap（插入序/訪問序）、Hashtable（線程安全，較舊）。

關鍵輔助介面與類

Iterator 介面

提供統一遍歷方式：hasNext()、next()、remove()。具有 fail-fast 機制，若遍歷過程中集合被其他線程修改，會拋出 ConcurrentModificationException。

AbstractCollection 抽象類

提供 Collection 介面的骨架實現，子類只需實現 iterator() 和 size()，其他方法可選擇覆寫。

最佳實踐建議

1. 優先使用介面類型聲明變量（如 List list = new ArrayList<>();）。
2. 根據業務特點選擇實現類：頻繁查詢用 ArrayList，頻繁增刪用 LinkedList，需要去重用 HashSet，需要有序用 TreeSet/TreeMap。
3. 遍歷時避免在循環中修改集合結構，需修改請使用 Iterator 的 remove() 或並發集合。
4. 泛型參數化類型，提升類型安全與可讀性。