Java集合框架详解

Java集合框架详解Java集合框架详解（2023年）随着计算机科学的发展，数据结构和算法在计算机科学中扮演着至关重要的角色，它们是程序员必须掌握的基本技能Java作为一种高级编程语言，在开发中使用广泛集合框架是Java语言提供的一种强大的数据结构，但是它是一个很大的主题，需要深入了解本文将对Java集合框架进行详解Java集合框架概述集合框架是Java编程语言提供的一组数据结构，它允许程序员在代码中有效地操纵大量数据集合框架中包括集合（Collection）Map和队列（Queue）集合和Map被称为容器（containers）集合可以保存对象，而Map可以将键值（key-value）对保存在其中Java集合框架的架构如下图所示![image]https://img-blog.csdn.net/20180307150740272watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvY3RpamkxMjM0/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/q/85Java集合框架中包括以下组件

1.根接口（RootInterface）是Java集合框架的最高层次的接口，它定义了所有集合都应该有的基本操作常用的根接口有Iterable、Collection和Map

2.实现类（Implementation）是具体的集合实现，如List、Set、Queue、Deque、Map等它们在Collection、Map接口的基础上提供了具体的实现

3.算法（Algorithm）是Java集合框架提供的一组静态方法，可以方便地操作集合中的元素这些方法包括排序、查找、变形等等Java集合框架中的集合（Collection）Java集合框架中最基本的组件是集合（Collection），主要是用来存储和操作一组元素在Java集合框架中，集合有两种类型单值集合（Collection）和键值对集合（Map）单值集合（Collection）主要包括List、Set、SortedSet、Queue和Deque（双端队列）

1.List集合List是一个有序的Collection，它允许我们按插入顺序访问集合中的元素List中的元素可以重复，它有两种实现方式ArrayList和LinkedListArrayList会在列表中插入新的元素时扩大容量，而在删除元素时缩小容量，内部是使用数组实现的LinkedList内部是使用链表实现，当添加或删除元素时，它不需要移动元素，因为它们都链接在一起代码示例```ListStringlist=newArrayListString;list.addHello;list.addworld;list.addJava;System.out.printlnlist.get0;//输出HelloSystem.out.printlnlist.get1;//输出worldSystem.out.printlnlist.get2;//输出Java```

2.Set集合Set是一组不允许重复元素的Collection它支持两个核心操作添加和查找Set有三种常用的实现方式HashSet、TreeSet和LinkedHashSetHashSet是按照哈希算法来存储元素的，它提供了O

（1）级别的查找性能TreeSet是使用平衡树算法实现的，它提供了O（logN）级别的查找性能LinkedHashSet同时保留了元素添加顺序和哈希算法的快速查找特性代码示例```SetStringset=newHashSetString;set.addHello;set.addworld;set.addJava;System.out.printlnset.containsHello;//输出trueSystem.out.printlnset.containsPython;//输出false```

3.SortedSet集合SortedSet是一个有序的Set集合，其中所有的元素必须实现Comparator类SortedSet有三种实现方式TreeSet、ConcurrentSkipListSet和CopyOnWriteArraySet（从Java8开始）TreeSet使用平衡树（红黑树）算法来存储元素ConcurrentSkipListSet使用跳表算法来存储元素，具有高效的插入和删除操作CopyOnWriteArraySet是一个使用Copy-On-Write技术的线程安全Set集合代码示例```SortedSetStringsortedSet=newTreeSetString;sortedSet.addHello;sortedSet.addworld;sortedSet.addJava;System.out.printlnsortedSet.first;//输出HelloSystem.out.printlnsortedSet.last;//输出world```

4.Queue集合Queue是一个FIFO（先进先出）的单值集合，它提供了在队列的两端添加和删除元素的操作Queue有三种常用的实现方式LinkedList、ArrayDeque和PriorityQueueLinkedList实现了FIFO算法，并且允许我们在队列的头或尾添加或删除元素ArrayDeque与LinkedList类似，但是它是用数组实现的PriorityQueue是一个基于优先级排序的队列，它提供了从队列中删除最小元素的操作代码示例```QueueStringqueue=newLinkedListString;queue.addHello;queue.addworld;queue.addJava;System.out.printlnqueue.poll;//输出HelloSystem.out.printlnqueue.poll;//输出worldSystem.out.printlnqueue.poll;//输出Java```

5.Deque集合Deque是一个具有队列和栈特性的双端队列，它允许我们在队列的两端插入和删除元素Deque有两种实现方式LinkedList和ArrayDequeLinkedList实现了Deque接口，并且允许我们在队列的头或尾添加或删除元素ArrayDeque是一个基于数组的Deque实现方式代码示例```DequeStringdeque=newLinkedListString;deque.addFirstHello;deque.addLastJava;System.out.printlndeque.getFirst;//输出HelloSystem.out.printlndeque.getLast;//输出Java```Java集合框架中的键值对集合（Map）键值对集合（Map）是Java集合框架的一种常用类型，它存储了一组键值（key-value）对，允许我们通过键来查找和访问值在Java集合框架中，Map有三种实现方式HashMap、TreeMap和LinkedHashMap

1.HashMapHashMap是一个基于哈希表算法实现的键值对集合，它提供了O

（1）级别的查询性能，但元素存储的顺序无法保证HashMap是线程不安全的，在多线程环境中应该使用ConcurrentHashMap替代代码示例```MapStringStringmap=newHashMapStringString;map.putnameTom;map.putage18;map.putgendermale;System.out.printlnmap.getname;//输出TomSystem.out.printlnmap.getage;//输出18```

2.TreeMapTreeMap是一个基于红黑树算法实现的键值对集合，它提供了O（logN）级别的查询性能，存储元素的顺序是按照键的自然顺序（按照字典序）排序的代码示例```MapStringStringtreeMap=newTreeMapStringString;treeMap.putnameTom;treeMap.putage18;treeMap.putgendermale;System.out.printlntreeMap.getage;//输出18```

3.LinkedHashMapLinkedHashMap是一个基于哈希表和链表算法实现的键值对集合，它提供了O

（1）级别的查询性能，并且存储元素的顺序与元素添加时的顺序相同代码示例```MapStringStringlinkedHashMap=newLinkedHashMapStringString;linkedHashMap.putnameTom;linkedHashMap.putage18;linkedHashMap.putgendermale;System.out.printlnlinkedHashMap.getgender;//输出male```Java集合框架中的算法（Algorithm）算法是Java集合框架提供的一组静态方法，可以方便地操作集合中的元素这些方法包括排序、查找、变形等等

1.排序算法Java集合框架中提供了sort方法，可以对任何实现了Comparable接口或Comparator接口的集合进行排序Comparable接口提供了实现自然顺序（按照字典序）的功能，而Comparator接口允许我们自定义比较器实现元素排序代码示例```ListIntegerlist=newArrayListInteger;list.add5;list.add2;list.add10;Collections.sortlist;forIntegeri:list{System.out.printlni;}```

2.查找算法Java集合框架中提供了binarySearch方法，可以在有序集合中进行快速查找binarySearch方法返回值为被查找元素的位置，如果没有找到，则返回负数代码示例```ListStringlist=newArrayListString;list.addapple;list.addbanana;list.addorange;intindexForApple=Collections.binarySearchlistapple;System.out.printlnindexForApple;//输出0intindexForGrape=Collections.binarySearchlistgrape;System.out.printlnindexForGrape;//输出-4```本文简介了Java集合框架中的基本组件，包括单值集合（List、Set、SortedSet、Queue和Deque）和键值对集合（Map）我们还介绍了Java集合框架提供的算法，例如排序和查找算法希望这篇文章能够为Java初学者提供帮助，加深对Java集合框架的理解第PAGE页共NUMPAGES页。