Java 集合框架：从数据结构到性能优化，全面分析集合类
Java 集合框架（Java Collections Framework，JCF）是 Java 语言中用于存储、操纵和管理数据的尺度库。它提供了一组通用的接口、类和方法，使开辟者能够高效地操纵不同范例的数据集合。本文将联合 Java 集合框架类图，介绍集合框架的整体架构，并对各个集合类的特性、适用场景及优缺点举行具体分析。
1. Java 集合框架概览
Java 集合框架紧张分为 Collection 和 Map 两大类。
[*] Collection（集合）：用于存储一组对象，继续自 Iterable，包括 List、Set 等子接口。
[*] https://i-blog.csdnimg.cn/direct/049534b5977b4c99b013133156acced1.png
[*] Map（映射）：用于存储键值对（key-value），不属于 Collection 接口，但同样是集合框架的一部分，如 HashMap、TreeMap 等。
[*] https://i-blog.csdnimg.cn/direct/411eb6abc7404c8d95f309d82a7998e6.png
2. Collection 体系
Collection 是 Java 集合框架的核心接口，它继续了 Iterable，允许集合中的元素举行迭代（如 for-each 循环）。
Collection 紧张分为 List 和 Set 两大类：
Collection 是 Java 集合框架的核心接口，它继续了 Iterable，允许集合中的元素举行迭代（如 for-each 循环）。
Collection 紧张分为 List 和 Set 两大类：
2.1 List（列表）
List 接口表示有序集合，允许元素重复，支持索引访问。
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/4e6c3043442b4446b7b69cfc4e6f8388.png
List 实现类特点
[*] ArrayList：基于动态数组，查找快（O(1)），插入删除慢（O(n)）。
[*] LinkedList：基于双向链表，插入删除快（O(1)），查找慢（O(n)）。
[*] Vector：雷同 ArrayList，但线程安全（所有方法都使用 synchronized 举行同步）。
实例：
ArrayList
package List_;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
/**
* @author lay
* @version 1.0
**/
public class List_exercise_ {
@SuppressWarnings("all")
public static void main(String[] args) {
List arrayList = new ArrayList();
for (int i = 0; i < 12; i++) {
arrayList.add("小黄" + i);
}
//第二个位置插入元素"行书评教育"，通过相应的方法，add()
arrayList.add(2,"行书评教育");
System.out.println("插入后数= "+arrayList);
Object o = arrayList.get(5);
System.out.println("获得的元素 = " +o +o.getClass());
arrayList.remove(6);
System.out.println("删除后的list:= "+ arrayList);
arrayList.set(7,"小米");
System.out.println("修改后的元素为：=" +arrayList);
Iterator iterator = arrayList.iterator();
// while (iterator.hasNext()) {
// Object next =iterator.next();
// System.out.print(next);
// }
// for (int i = 0; i < arrayList.size(); i++) {
// Object o1 = arrayList.get(i);
// System.out.print(o1);
// }
//
for (Object object :arrayList) {
System.out.println(object);
}
}
}
LinkedList:
package Collection_;
import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedList;
/**
* @author lay
* @version 1.0
**/
public class LinkedList_CRUD {
public static void main(String[] args) {
LinkedList linkedList = new LinkedList();
linkedList.add(1);
linkedList.add(2);
System.out.println(linkedList);
linkedList.remove();
System.out.println(linkedList);
Iterator iterator = linkedList.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
Object o =iterator.next();
System.out.println(o);
}
}
}
Vector:
package Collection_;
import java.util.List;
import java.util.Vector;
/**
* @author lay
* @version 1.0
**/
public class Vector_Detail {
public static void main(String[] args) {
Vector vector = new Vector();
// Vector vector = new Vector(8);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
vector.add(i);
}
vector.add(100);
System.out.println("vector=" + vector);
}
}
2.2 Set（集合）
Set 接口表示无序集合，不允许重复元素。
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/c6c765a212054baabbe94aef55ad4f24.png
Set 实现类特点
[*] HashSet：基于 HashMap 实现，元素无序，插入、删除、查找时间复杂度均为 O(1)。
[*] TreeSet：基于红黑树（TreeMap）实现，元素有序（默认升序，可自定义 Comparator 规则），插入、删除、查找复杂度 O(log n)。
实例：
HashSet
package Set_;
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
/**
* @author lay
* @version 1.0
**/
public class Set_Methods_ {
@SuppressWarnings("all")
public static void main(String[] args) {
Set set = new HashSet();//以Set接口的实现类hashset
set.add("sdfa");
set.add("john");
set.add("lucy");
set.add("john");//重复
set.add("jack");
set.add("hsp");
set.add("mary");
set.add(null);//
// System.out.println(set);
// for (int i = 0; i < 10; i++) {
// System.out.println(set);
// }
//遍历
Iterator iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
Object o =iterator.next();
System.out.println(o);
}
set.remove(null);
for (Object o :set) {
System.out.println(o);
}
}
}
TreeSet
package Collection_;
import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;
/**
* @author lay
* @version 1.0
**/
@SuppressWarnings("all")
public class TreeSet_ {
public static void main(String[] args) {
TreeSet treeSet = new TreeSet();
treeSet.add(145);
treeSet.add(45);
treeSet.add(5);
treeSet.add(741);
System.out.println(treeSet);//无参构造器无序
//使用匿名内部类，
TreeSet treeSet1 = new TreeSet(new Comparator() {
@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
//向下转型
// return ((String) o1).compareTo((String) o2);
return ((String) o1).length()-((String) o2).length();
}
});
treeSet1.add("Z");
treeSet1.add("Dse");
treeSet1.add("Sse");
treeSet1.add("Wwefwa");
treeSet1.add("Wasefefe");
System.out.println(treeSet1);
}
}
3. Map 体系
Map 接口用于存储键值对（key-value），key 不能重复，但 value 可以重复。
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/5e35234d89a8434bb512fb51aff039e4.png
Map 实现类特点
[*] HashMap：基于哈希表，默认 key 无序，插入、删除、查找 O(1)。
[*] LinkedHashMap：继续 HashMap，但维护 key 的插入顺序，遍历时按插入顺序输出。
[*] TreeMap：基于红黑树，key 有序，查找 O(log n)。
[*] Hashtable：HashMap 的线程安全版本，但服从较低（同步方法降低并发性能）。
[*] Properties：继续自 Hashtable，专门用于配置文件（key-value 均为字符串）。
实例用法：
TreeMap
package Map_;
import java.util.Comparator;
import java.util.TreeMap;
/**
* @author lay
* @version 1.0
**/
public class Tree_Map {
public static void main(String[] args) {
// TreeMap treeMap = new TreeMap();//默认构造器无序
TreeMap treeMap = new TreeMap(new Comparator() {
@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
// return ((String) o1).compareTo((String) o2);//按字符顺序排序
return ((String) o1).length() -((String) o2).length();//按字符顺序排序
}
});
treeMap.put("ada","123");
treeMap.put("eqr","3");
treeMap.put("zrr","13");
treeMap.put("rhth","1");
System.out.println(treeMap);
}
}
Hashtable
package Map_;
import java.util.Hashtable;
/**
* @author lay
* @version 1.0
**/
@SuppressWarnings("all")
public class Hashtable_ {
public static void main(String[] args) {
//1. Properties 继承 Hashtable
//2. 可以通过 k-v 存放数据，当然 key 和 value 不能为 null
//增加
Hashtable properties = new Hashtable();
//properties.put(null, "abc");//抛出 空指针异常
//properties.put("abc", null); //抛出 空指针异常
properties.put("john", 100);//k-v
properties.put("lucy", 100);
properties.put("lucsdfy", 100);
properties.put("ludsfwerwcy", 100);
properties.put("lerucy", 100);
properties.put("luercy", 100);
properties.put("lucwery", 100);
properties.put("wr", 100);
properties.put("lweic", 100);
properties.put("lic", 88);//如果有相同的 key ， value 被替换
System.out.println("properties=" + properties);
}
}
Properties
package Map_;
import java.util.Properties;
/**
* @author lay
* @version 1.0
**/
public class Properties_ {
public static void main(String[] args) {
Properties properties = new Properties();
//properties.put(null, "abc");//抛出 空指针异常
//properties.put("abc", null); //抛出 空指针异常
properties.put("john", 100);//k-v
properties.put("lucy", 100);
properties.put("lic", 100);
properties.put("lic", 88);//如果有相同的 key ， value 被替换,也是修改
System.out.println("properties=" + properties);
System.out.println(properties.get("lic"));
properties.remove("lic");
System.out.println(properties);
}
}
4. List、Set、Map 的对比总结
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/42e2de8e78af40e7bd6b7161be6427b2.png
5. 线程安全性
[*] 非线程安全：ArrayList、LinkedList、HashMap、HashSet
[*] 线程安全：Vector、Hashtable、Properties
[*] 加锁实现线程安全：Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())
6. 选择合适的数据结构
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/bc8b1b770e064e64be2ab9a53b3dad85.png
7. 结论
Java 集合框架提供了丰富的数据结构，以满足不同的开辟需求。
[*] List 适用于有序、允许重复的场景，如 ArrayList 得当快速查找，LinkedList 得当频仍插入删除。
[*] Set 适用于去重的场景，如 HashSet 去重但无序，TreeSet 去重且有序。
[*] Map 适用于键值对存储，HashMap 查询快但无序，TreeMap 查询稍慢但有序，LinkedHashMap 维护插入顺序。
[*] 线程安全的集合类（如 Vector、Hashtable）在现代并发编程中较少使用，建议使用 ConcurrentHashMap 等更优方案。
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