Java 集合框架全景圖：Collection、List、Set、Queue、Deque 核心 API 與實現類對比
本文系統梳理 JDK 集合框架體系，涵蓋介面繼承關係、核心方法分類、主流實現類特性與線程安全包裝器，適合面試複習與日常查閱。
體系繼承圖
Iterable
└─ Collection
├─ List → ArrayList, LinkedList, Vector, Stack
├─ Set → HashSet, LinkedHashSet, TreeSet, EnumSet
└─ Queue → PriorityQueue, ArrayDeque, LinkedList
└─ Deque → ArrayDeque, LinkedBlockingDeque
└─ BlockingQueue → ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue, PriorityBlockingQueue, DelayQueue, SynchronousQueue, LinkedTransferQueue
Collection 核心方法
| 分類 | 方法 |
|---|
| 增 | add(E), addAll(Collection) |
| 刪 | remove(Object), removeAll(Collection), retainAll(Collection), removeIf(Predicate), clear() |
| 查 | contains(Object), containsAll(Collection), size(), isEmpty(), toArray(), Collections.max/min |
| 工具 | iterator(), spliterator(), stream(), parallelStream(), Collections.unmodifiable/synchronized 包裝器 |
List 介面額外方法
- 位置操作：
add(index, E), remove(index), set(index, E), get(index), indexOf/lastIndexOf, subList(from, to)
- 排序/交換：
sort(Comparator), replaceAll(UnaryOperator), Collections.swap(list, i, j)
- 迭代器：
listIterator() 支援雙向游標與增刪改。
主要實現類特性對比
| 類 | 底層結構 | 線程安全 | 特點 |
|---|
| ArrayList | 動態數組 | 否 | 隨機訪問快，擴容 1.5 倍，適合讀多寫少 |
| LinkedList | 雙向鏈表 | 否 | 首尾增刪 O(1)，實現 Deque/Queue，適合頻繁增刪 |
| Vector | 動態數組 | 是 | 同步方法，擴容 2 倍，性能較差，已被 Collections.synchronizedList 替代 |
| Stack | 繼承 Vector | 是 | LIFO，push/pop/peek，不建議新代碼使用，改用 ArrayDeque |
Queue/Deque/BlockingQueue 體系
- Queue：FIFO，
offer/poll/peek 不拋異常，add/remove/element 拋異常。
- Deque：雙端隊列，支援棧操作
push/pop/peek，addFirst/Last、offerFirst/Last、pollFirst/Last。
- BlockingQueue：生產者-消費者模式，
put/take 阻塞，offer/poll(timeout) 超時。實現：
ArrayBlockingQueue（有界數組）、LinkedBlockingQueue（有界鏈表）、PriorityBlockingQueue（優先級）、DelayQueue（延遲）、SynchronousQueue（直接移交）、LinkedTransferQueue（TransferQueue）。
Set 介面與實現
| 類 | 底層 | 有序性 | 線程安全 | 適用場景 |
|---|
| HashSet | HashMap | 無序 | 否 | 高性能去重 |
| LinkedHashSet | LinkedHashMap | 插入序 | 否 | 保留插入順序 |
| TreeSet | 紅黑樹 | 自然序/Comparator | 否 | 有序去重、區間查詢 |
| EnumSet | 位向量 | 枚舉聲明序 | 否 | 枚舉類型專用，極致性能 |
線程安全包裝器
Collections.synchronizedList(list)
Collections.synchronizedSet(set)
Collections.synchronizedMap(map)
Collections.unmodifiableList(list) // 只讀視圖
高併發場景建議使用 java.util.concurrent 並發集合（ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList 等）。
工具類
Collections.sort/binarySearch/reverse/shuffle/fillArrays.asList/toArray/stream- Java 8+ Stream API：
collection.stream().filter().map().collect()
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