一起学 Java（三）：集合框架、经典数据结构与泛型完整指南

一、Java 集合框架体系

核心三要素

1. 接口：抽象数据类型（Collection、List、Set、Map 等），定义规范。
2. 实现类：具体数据结构（ArrayList、HashMap、TreeSet 等），可复用。
3. 算法：静态工具方法（Collections.sort/binarySearch 等），多态复用。

接口继承层次

• Collection → List(有序、可重复) / Set(无序、唯一) / Queue
• Map：键值映射，键唯一。SortedMap、NavigableMap 扩展有序功能。
• 遗留接口：Enumeration（已被 Iterator 取代）。

主流实现类对比表

代码示例：List 与 Map 遍历最佳实践

// List 遍历三种方式
List list = new ArrayList<>();
list.add("nick"); list.add("jenny"); list.add("Maria");

// 1. for-each (最常用，只读)
for (String s : list) System.out.println(s);

// 2. toArray 转数组 (需快速随机访问或传遗留 API)
String[] arr = list.toArray(new String[0]);
for (String s : arr) System.out.println(s);

// 3. Iterator (唯一可安全删除)
Iterator it = list.iterator();
while (it.hasNext()) { if ("jenny".equals(it.next())) it.remove(); }

// Map 遍历三种方式
Map map = new HashMap<>();
map.put("name", "nick"); map.put("age", "18");

// 1. keySet + get (两次查找，性能稍差)
for (String k : map.keySet()) System.out.println(k + "=" + map.get(k));

// 2. entrySet + Iterator (通用)
for (Map.Entry e : map.entrySet()) 
    System.out.println(e.getKey() + "=" + e.getValue());

// 3. entrySet + for-each (推荐，清晰高效)
for (Map.Entry e : map.entrySet()) 
    System.out.println(e.getKey() + "=" + e.getValue());

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

二、经典数据结构详解（遗留类但需理解原理）

1. Enumeration 接口

早期迭代器，方法：hasMoreElements()、nextElement()。Vector、Properties 仍保留 elements() 返回它。

2. BitSet 位集合

高效存储海量布尔标志。核心操作：set/clear/flip/get、逻辑运算 and/or/xor、cardinality() 统计 true 个数。

BitSet bits1 = new BitSet(16), bits2 = new BitSet(16);
// 设置偶数位、非5倍数位
bits1.set(0); bits1.set(2)...; bits2.set(1); bits2.set(2)...
bits2.and(bits1); // 交集
bits2.or(bits1);  // 并集
bits2.xor(bits1); // 异或

3. Vector 动态数组（同步）

构造：Vector()、Vector(size)、Vector(size, incr)。扩容策略：incr>0 按增量，否则翻倍。方法丰富但同步开销大，单线程首选 ArrayList。

4. Stack 栈（LIFO）

继承 Vector。核心：push()、pop()、peek()、empty()、search()。

5. Dictionary / Hashtable / Properties

• Dictionary：抽象类，键值映射原型。
• Hashtable：实现 Dictionary/Map，同步，不允许 null 键值。
• Properties：继承 Hashtable，load/store 支持配置文件读写，getProperty(key, default) 提供默认值。

三、泛型完整指南

核心价值

• 类型安全：编译期捕获 ClassCastException。
• 消除强转：代码更简洁、可读。

泛型方法

public static  void printArray(E[] inputArray) {
    for (E e : inputArray) System.out.printf("%s ", e);
    System.out.println();
}
// 调用
printArray(new Integer[]{1,2,3});
printArray(new String[]{"A","B"});

有界类型参数 <T extends Comparable<T>>

public static > T maximum(T x, T y, T z) {
    T max = x;
    if (y.compareTo(max) > 0) max = y;
    if (z.compareTo(max) > 0) max = z;
    return max;
}
// 支持 Integer、Double、String 等实现 Comparable 的类型

泛型类

public class Box {
    private T t;
    public void add(T t) { this.t = t; }
    public T get() { return t; }
}
// 使用
Box intBox = new Box<>();
Box strBox = new Box<>();

通配符与类型擦除

• List ：不可写（仅可读取 Object），是所有 List 父类。
• List：上界通配，可读 Number 子类，**不可写**（除 null）。
• List：下界通配，可写 Integer 及父类，**读取仅得 Object**。
• PECS 原则：Producer Extends, Consumer Super。

public static void getData(List data) { System.out.println(data.get(0)); }
public static void getUpperNumber(List data) { System.out.println(data.get(0)); }
// 调用
getData(nameList); getData(ageList); getData(numberList); // 皆可
getUpperNumber(ageList); getUpperNumber(numberList); // 可
// getUpperNumber(nameList); // 编译报错，String 非 Number

总结

集合框架是 Java 容器编程的基石，掌握 接口契约、实现特性、遍历模式 是核心。遗留类了解原理即可，实战首选框架类。泛型通过编译期类型参数化，构建了类型安全的抽象层，**通配符配合 PECS 原则** 解决了泛型协变/逆变难题，是进阶必修课。