一、集合框架總體架構
頂層接口：Collection（單列集合）、Map（雙列鍵值對）。
二、核心體系詳解
1. Collection → List（有序、可重複）
| 實現類 | 底層結構 | 特點 | 線程安全 |
|---|
ArrayList | 動態數組 | 隨機訪問快，擴容拷貝，末尾增刪 O(1) | 否 |
LinkedList | 雙向鏈表 | 首尾增刪 O(1)，隨機訪問 O(n)，實現 Deque | 否 |
Vector | 動態數組 | 方法 synchronized，擴容 2倍，性能差 | 是 |
Stack | 繼承 Vector | 後進先出，提供 push/pop/peek | 是 |
2. Collection → Set（無序、唯一）
| 實現類 | 底層結構 | 特點 | 線程安全 |
|---|
HashSet | HashMap (哈希表) | 查詢最快 O(1)，順序不固定 | 否 |
LinkedHashSet | 鏈表 + 哈希表 | 保持插入順序 | 否 |
TreeSet | 紅黑樹 | 自然序/定制序有序，O(log n) | 否 |
EnumSet | 位向量 | 枚舉專用，極致性能 | 否 |
3. Map（鍵值對、鍵唯一）
| 實現類 | 底層結構 | 特點 | 線程安全 |
|---|
HashMap | 數組 + 鏈表/紅黑樹 (JDK8) | 查詢最快，允許 null key/value | 否 |
LinkedHashMap | 雙向鏈表 + 哈希表 | 保持插入/訪問順序 | 否 |
TreeMap | 紅黑樹 | 鍵有序，實現 SortedMap | 否 |
Hashtable | 哈希表 | 不允許 null，方法 synchronized | 是 |
Properties | 繼承 Hashtable | 配置文件專用，key/value 均為 String | 是 |
WeakHashMap | 弱引用鍵 | 鍵無外部引用可被 GC 回收 | 否 |
EnumMap | 數組 | 枚舉鍵專用，性能極高 | 否 |
4. Queue（隊列）
- 阻塞隊列：
ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、DelayQueue、SynchronousQueue — 生產者消費者首選。
- 非阻塞雙端隊列：
ArrayDeque（推薦替代 Stack）、LinkedBlockingDeque。
PriorityQueue：優先級隊列（堆），非線程安全。
三、核心差異對比（高頻面試點）
ArrayList vs Vector
- 同步性：Vector 同步（慢），ArrayList 非同步（快）。
- 擴容：Vector 2倍，ArrayList 1.5倍。
- 現代替代：
Collections.synchronizedList(new ArrayList()) 或 CopyOnWriteArrayList。
ArrayList vs LinkedList
- 隨機訪問：ArrayList O(1) 完勝。
- 中間增刪：LinkedList 只改指針 O(1)（定位仍 O(n)），ArrayList 需移動數組 O(n)。
- 記憶體：LinkedList 節點對象開銷大。
- 經驗法則：默認 ArrayList，頻繁中間增刪才考慮 LinkedList。
HashMap vs TreeMap
- 順序：HashMap 無序，TreeMap 紅黑樹有序。
- 性能：HashMap O(1) 快於 TreeMap O(log n)。
- 鍵要求：HashMap 需正確重寫
hashCode/equals；TreeMap 鍵需實現 Comparable 或傳 Comparator。
HashMap vs Hashtable
- 歷史：Hashtable 古老 (JDK 1.0)，HashMap 現代 (JDK 1.2)。
- 同步：Hashtable 同步，HashMap 非同步。
- null：HashMap 允許一個 null key、多個 null value；Hashtable 全不允許。
四、選型決策樹
- 需鍵值對 →
Map：默認 HashMap，需有序 → TreeMap/LinkedHashMap，高併發 → ConcurrentHashMap。
- 單列集合 →
Collection：
- 需唯一 →
Set：默認 HashSet，需有序 → TreeSet/LinkedHashSet。
- 允許重複 →
List：默認 ArrayList，頻繁首尾操作/作棧/隊列 → ArrayDeque/LinkedList。
- 生產者消費者 →
BlockingQueue 實現類。
五、最佳實踐原則
- 面向接口編程：
List<String> list = new ArrayList<>();
- 指定初始容量：
new ArrayList(1000) 減少擴容。
- 線程安全用並發包：
ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList、BlockingQueue，拒絕 Vector/Hashtable/Collections.synchronizedXxx。
- 遍歷優先
for-each / stream()，需刪除用 Iterator.remove()。
