Java集合框架完全指南：从零开始掌握核心数据结构
什么是Java集合框架？
Java集合框架（Java Collections Framework）是Java语言中用于存储和操作数据的一组接口和类的统称。它提供了一套标准化的方法来处理对象集合，使得开发者无需关心底层实现细节，能够更加专注于业务逻辑的实现。
集合框架主要包含三个部分：
- 接口：定义集合的基本操作和行为
- 实现：接口的具体实现类
- 算法：对集合进行操作的方法，如排序、搜索等
核心接口概览
Collection接口
作为所有集合类的根接口，定义了基本的集合操作：
// Collection接口的基本方法示例
Collection<String> collection = new ArrayList<>();
collection.add("Java");
collection.add("Python");
collection.add("C++");
collection.remove("Python");
System.out.println("集合大小: " + collection.size());
List接口
有序集合（序列），允许重复元素：
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("苹果");
list.add("香蕉");
list.add(1, "橙子"); // 在指定位置插入
System.out.println("第二个元素: " + list.get(1));
Set接口
不允许重复元素的集合：
Set<String> set = new HashSet<>();
set.add("北京");
set.add("上海");
set.add("北京"); // 重复元素不会被添加
System.out.println("集合元素: " + set);
Map接口
键值对映射，键不可重复：
Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("Alice", 25);
map.put("Bob", 30);
map.put("Charlie", 28);
System.out.println("Bob的年龄: " + map.get("Bob"));
常用实现类详解
ArrayList
基于动态数组的实现，随机访问效率高：
// ArrayList使用示例
List<Integer> numbers = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
numbers.add(i * 2);
}
// 遍历ArrayList
for (Integer num : numbers) {
System.out.println("数字: " + num);
}
// 使用Lambda表达式遍历
numbers.forEach(num -> System.out.println("Lambda: " + num));
LinkedList
基于双向链表的实现，插入删除效率高：
LinkedList<String> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.add("第一");
linkedList.add("第二");
linkedList.addFirst("新的第一"); // 在头部添加
linkedList.addLast("新的最后"); // 在尾部添加
// 获取第一个和最后一个元素
System.out.println("第一个: " + linkedList.getFirst());
System.out.println("最后一个: " + linkedList.getLast());
HashSet
基于哈希表的Set实现，查找效率高：
Set<String> hashSet = new HashSet<>();
hashSet.add("Java");
hashSet.add("Python");
hashSet.add("JavaScript");
hashSet.add("Java"); // 重复，不会被添加
// 检查元素是否存在
if (hashSet.contains("Python")) {
System.out.println("包含Python");
}
HashMap
最常用的Map实现，基于哈希表：
HashMap<String, String> countryCapital = new HashMap<>();
countryCapital.put("中国", "北京");
countryCapital.put("美国", "华盛顿");
countryCapital.put("日本", "东京");
// 遍历HashMap
for (Map.Entry<String, String> entry : countryCapital.entrySet()) {
System.out.println(entry.getKey() + "的首都是: " + entry.getValue());
}
// Java 8的遍历方式
countryCapital.forEach((country, capital) ->
System.out.println(country + " -> " + capital));
集合的遍历方式
Java提供了多种遍历集合的方式：
List<String> fruits = Arrays.asList("苹果", "香蕉", "橙子", "葡萄");
// 1. 传统for循环
for (int i = 0; i < fruits.size(); i++) {
System.out.println(fruits.get(i));
}
// 2. 增强for循环
for (String fruit : fruits) {
System.out.println(fruit);
}
// 3. 迭代器
Iterator<String> iterator = fruits.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next());
}
// 4. Java 8的forEach
fruits.forEach(System.out::println);
实际应用场景
场景一：用户管理系统
// 使用Map管理用户信息
Map<Integer, User> userMap = new HashMap<>();
class User {
private int id;
private String name;
private String email;
// 构造方法、getter、setter省略
}
// 添加用户
userMap.put(1, new User(1, "张三", "zhangsan@email.com"));
userMap.put(2, new User(2, "李四", "lisi@email.com"));
// 根据ID查找用户
User user = userMap.get(1);
if (user != null) {
System.out.println("找到用户: " + user.getName());
}
场景二：商品去重统计
// 使用Set进行商品去重
Set<String> productSet = new HashSet<>();
List<String> productList = Arrays.asList("手机", "电脑", "手机", "平板", "电脑");
productSet.addAll(productList);
System.out.println("去重后的商品种类: " + productSet.size());
System.out.println("商品列表: " + productSet);
场景三：成绩排序
// 使用TreeMap进行自动排序
Map<String, Integer> scoreMap = new TreeMap<>();
scoreMap.put("张三", 85);
scoreMap.put("李四", 92);
scoreMap.put("王五", 78);
// 自动按姓名排序
scoreMap.forEach((name, score) ->
System.out.println(name + ": " + score));
性能考虑和最佳实践
- 选择正确的集合类型：
- 需要快速随机访问：ArrayList
- 频繁插入删除：LinkedList
- 需要去重：HashSet
- 需要键值对：HashMap
- 初始容量设置：
// 如果知道大概的元素数量，设置初始容量提高性能 List<String> list = new ArrayList<>(1000); Map<String, Integer> map = new HashMap<>(500); - 使用不可变集合：
// 创建不可修改的集合 List<String> immutableList = Collections.unmodifiableList(new ArrayList<>()); Set<String> immutableSet = Collections.unmodifiableSet(new HashSet<>()); - 线程安全考虑：
// 在多线程环境下使用同步集合 List<String> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()); Map<String, Integer> syncMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
总结
Java集合框架是每个Java开发者必须掌握的核心技能。通过本文的学习，你应该已经了解了：
- 集合框架的基本结构和核心接口
- 常用实现类的特性和使用场景
- 各种遍历集合的方法
- 在实际项目中的应用示例
- 性能优化和最佳实践
记住，选择合适的集合类型对于程序的性能和可维护性至关重要。在实际开发中，根据具体需求选择最合适的集合类，并遵循最佳实践，将帮助你编写出更加高效和健壮的Java代码。
继续深入学习集合框架的高级特性，如流式操作(Stream API)、并发集合等，将进一步提升你的Java编程能力。
文档信息
- 本文作者：JiliangLee
- 本文链接：https://leejiliang.cn/2025/09/14/Java%E9%9B%86%E5%90%88%E5%85%A5%E9%97%A8/
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