Java 集合框架核心詳解：List、Set、Map 實戰指南

Java 集合框架核心詳解：List、Set、Map 實戰指南

Java 集合框架是 Java 程式設計中處理資料組的核心工具。它提供了統一的架構來儲存、操作物件群組，極大地簡化了資料處理的複雜度。本文系統梳理集合體系結構、核心介面實現與實戰要點。

集合體系總覽

Java 集合主要分為兩大體系：

• Collection 介面：單一元素集合，下分 List（有序、可重複）、Set（無序、唯一）、Queue（佇列）。
• Map 介面：鍵值對映射集合，鍵唯一，值可重複。

核心實現類深度解析

1. List 介面與 ArrayList

• 特性：有序、可重複、支援索引隨機存取。
• ArrayList 底層：動態陣列，擴容機制為 1.5 倍。查詢快（O(1)），增刪慢（需位移）。
• 常用操作：

  List<Course> courses = new ArrayList<>();
  courses.add(new Course("1", "Java"));           // 尾部新增
  courses.add(0, new Course("0", "Python"));      // 指定位置插入
  courses.addAll(Arrays.asList(courseArray));     // 批次新增
  Course c = courses.get(index);                  // 索引獲取
  courses.set(index, newCourse);                  // 修改元素
  courses.remove(index);                          // 刪除元素

2. Set 介面與 HashSet

• 特性：無序、元素唯一（依賴 hashCode() 與 equals()）、允許一個 null。
• 遍歷方式：無 get() 方法，僅支援 Iterator 或 for-each。順序不固定。

3. Map 介面與 HashMap

• 特性：鍵值對存儲，鍵唯一，基於雜湊表實現，查找極快（O(1)）。

泛型：類型安全的基石

泛型在編譯期進行類型檢查，避免執行時 ClassCastException，並省去強制轉型。

List<Course> courseList = new ArrayList<>(); // 僅接受 Course 及其子類
// courseList.add("String"); // 編譯報錯
Course c = courseList.get(0); // 直接獲取 Course 類型

注意：泛型不支援基本類型（如 int），必須使用包裝類（Integer）。

遍歷最佳實踐

• for-each：語法簡潔，適用於唯讀遍歷。
• Iterator：遍歷過程中需安全移除元素時使用（iterator.remove()）。
• Lambda (Java 8+)：list.forEach(System.out::println);

效能選型指南

常見陷阱避坑

1. 並發修改異常：遍歷時直接呼叫 list.remove() → 使用 Iterator 或 Java 8 removeIf()。
2. 自訂物件作為 Key/Set 元素：必須正確重寫 hashCode() 和 equals()，否則唯一性失效。
3. 初始容量預估：大量資料時指定 new ArrayList<>(1000) 或 new HashMap<>(1024) 減少擴容開銷。