Java 集合框架入門筆記：核心介面、實現類別與選型指南

Java 集合框架入門筆記：核心介面、實現類別與選型指南

集合框架是 Java 開發中處理資料群組的標準工具。不同於固定大小、單一類型的陣列，集合提供動態擴容、異構儲存、豐富操作 API。本文為初學者梳理集合體系架構、核心特性與基本用法。

一、什麼是集合？為什麼需要它？

集合是物件的容器，可儲存任意類型、任意數量的物件引用。

二、集合框架核心介面體系

java.util.Collection (根介面)
├── java.util.List (有序、可重複)
│   ├── ArrayList  (動態陣列，查詢快)
│   ├── LinkedList (雙向鏈表，增刪快)
│   └── Vector     (同步陣列，舊版遺留)
└── java.util.Set (無序、不可重複)
    ├── HashSet    (哈希表，效能最佳)
    ├── LinkedHashSet (鏈表+哈希，保持插入序)
    └── TreeSet    (紅黑樹，自動排序)

java.util.Map (鍵值映射，Key 唯一)
├── HashMap      (哈希表，通用首選)
├── LinkedHashMap (保持插入/存取序)
├── TreeMap      (紅黑樹，Key 排序)
└── Hashtable    (同步哈希表，舊版遺留)

三、三大核心介面特性對比

四、常用實現類別基本用法

1. ArrayList - 最常用列表

List list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
list.add(1, "Orange");  // 指定位置插入
System.out.println(list.get(0));  // Apple
list.remove("Banana");  // 按值刪除
list.remove(0);         // 按索引刪除
for (String fruit : list) { System.out.println(fruit); }

2. HashSet - 高效去重集合

Set set = new HashSet<>();
set.add(1);
set.add(2);
set.add(1);  // 重複元素不會添加
System.out.println(set.size());  // 2
System.out.println(set.contains(2));  // true

3. HashMap - 鍵值映射首選

Map map = new HashMap<>();
map.put("apple", 5);
map.put("banana", 3);
map.put("apple", 10);  // Key 相同，Value 覆蓋
System.out.println(map.get("apple"));  // 10
System.out.println(map.getOrDefault("orange", 0));  // 0 (預設值)

// 遍歷三種方式
for (String key : map.keySet()) { ... }
for (Integer value : map.values()) { ... }
for (Map.Entry entry : map.entrySet()) { ... }

五、泛型與類型安全

JDK 5+ 引入泛型，編譯期檢查類型：

List list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
// list.add(123);  // 編譯錯誤：型別不匹配
String s = list.get(0);  // 無需強制轉型

注意：泛型為編譯期擦除，執行期實際仍為 List