Java集合分类和特性简介

目录

1. Map（映射）

HashMap:

LinkedHashMap:

TreeMap:

Hashtable:

ConcurrentHashMap

ConcurrentSkipListMap

2. List（列表）

ArrayList:

LinkedList:

Vector:

3. Set（集合）

HashSet:

LinkedHashSet:

TreeSet:

4. Queue（队列）

PriorityQueue:

5.其他集合类

Arrays:

Collections:

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Java集合框架提供了许多接口和类，以下是Java中的主要集合接口和类：

1. Map（映射）

HashMap:

介绍：

基于哈希表实现，提供快速的查找性能。

优点：

查找性能高。

缺点：

不保证元素顺序。

数据结构：

哈希表。

并发情况：

非同步，不适合多线程操作。

LinkedHashMap:

介绍：

LinkedHashMap 是 Java 中的一种哈希表实现，它继承自 HashMap 类，同时使用一个双向链表维护键值对的插入顺序或者访问顺序。具体而言，LinkedHashMap 可以按照元素插入的顺序（插入顺序）或者元素最近访问的顺序（访问顺序）来迭代元素。

优点：

保持插入或访问顺序： LinkedHashMap 可以保持元素插入的顺序或者元素最近访问的顺序，这对于一些需要按照特定顺序遍历元素的场景很有用。

迭代性能较好： 由于内部使用双向链表维护顺序，迭代性能比一般的哈希表实现要好。

缺点：

内存占用相对较高： 由于需要维护双向链表，相对于简单的哈希表，LinkedHashMap 在内存占用上会有一些额外开销。

数据结构：

LinkedHashMap 的数据结构包含两部分：

哈希表（HashMap）： 用于存储键值对，提供快速的查找性能。

双向链表： 用于维护元素的插入顺序或者访问顺序。

并发情况：

LinkedHashMap 不是线程安全的，因此在多线程环境下，需要通过外部手段（例如使用 Collections.synchronizedMap 或者使用 java.util.concurrent 包提供的并发容器）来保证线程安全。

LinkedHashMap 适用于需要按照插入顺序或者访问顺序遍历元素的场景，但需要注意在多线程环境下的线程安全性。

TreeMap:

介绍：

TreeMap 是 Java 中的一种有序映射表实现，它基于红黑树（Red-Black Tree）数据结构。红黑树是一种自平衡的二叉搜索树，它保持了插入、删除、查找等操作的较低时间复杂度。

优点：

有序性： TreeMap 中的元素是有序的，可以按照键的自然顺序或者通过提供的比较器进行排序。

自动排序： 由于基于红黑树实现，插入元素时会自动进行排序，无需手动排序操作。

范围查询： TreeMap 提供了一些方法，如 headMap、tailMap 和 subMap，可以用于获取指定范围内的子映射。

缺点：

相对性能： 相对于哈希表实现的集合，如 HashMap，TreeMap 的性能较低。红黑树的维护和平衡操作会导致一些额外的开销。

不允许 null 键： TreeMap 不允许键为 null。如果需要使用 null 作为键，应该使用 HashMap。

数据结构：

TreeMap 的数据结构是基于红黑树的，红黑树是一种二叉搜索树，其中每个节点都带有一个额外的表示节点颜色的位（红或黑），用于确保树在平衡状态下快速进行操作。

并发情况：

TreeMap 不是线程安全的，因此在多线程环境下，需要通过外部手段（例如使用 Collections.synchronizedMap 或者使用 java.util.concurrent 包提供的并发容器）来保证线程安全。

使用示例：

TreeMap treeMap = new TreeMap<>(); treeMap.put(3, "Three"); treeMap.put(1, "One"); treeMap.put(4, "Four"); treeMap.put(2, "Two"); System.out.println(treeMap); // Output: {1=One, 2=Two, 3=Three, 4=Four}

在上述示例中，TreeMap 会按照键的自然顺序进行排序。如果要按照自定义的顺序进行排序，可以在构造 TreeMap 时传入比较器。

TreeMap customOrderTreeMap = new TreeMap<>(Comparator.reverseOrder()); customOrderTreeMap.put(3, "Three"); customOrderTreeMap.put(1, "One"); customOrderTreeMap.put(4, "Four"); customOrderTreeMap.put(2, "Two"); System.out.println(customOrderTreeMap); // Output: {4=Four, 3=Three, 2=Two, 1=One}

TreeMap 适用于需要有序映射表的场景，其中元素的排序是关键。如果对性能要求较高，且无需有序性，可以考虑使用 HashMap。

Hashtable:

介绍：

早期的实现类，类似HashMap，但是同步的，性能相对较差。

优点：

同步，支持多线程操作。

缺点：

同步影响性能。

不推荐使用，可以使用ConcurrentHashMap代替。

数据结构：

哈希表。

并发情况：

同步，支持多线程操作。

ConcurrentHashMap

介绍：

ConcurrentHashMap 是 Java 中用于高并发环境下的哈希表实现，继承自 AbstractMap，实现了 ConcurrentMap 接口。

优点：

高并发性能：采用分段锁机制，每一把锁只锁住当前操作的段，不影响其他段的操作，提高了并发度。

可扩展性：允许多个线程同时读取，提高了并发读取的性能。

动态扩容：在添加元素时，不需要对整个表进行加锁。

缺点：

写操作相对慢：由于需要维护多个段的一致性，写操作需要较多的开销。

不适用于大规模的并发写操作。

数据结构：

哈希表，采用分段锁机制实现。

并发情况：

适用于高并发场景，支持多线程的读写操作。

ConcurrentSkipListMap

介绍：

ConcurrentSkipListMap 是 Java 中基于跳表（Skip List）实现的有序映射表，实现了 ConcurrentNavigableMap 接口。

优点：

并发性能好：通过跳表的结构，插入、删除、查找等操作的时间复杂度都是 O(log n)。

有序性：元素按照键的自然顺序或者自定义比较器的顺序排列。

可扩展性：支持并发读写，不同部分的数据可以独立操作。

缺点：

相对复杂：相比于 ConcurrentHashMap，实现相对复杂。

内存占用相对较高。

数据结构：

基于跳表实现，通过多层索引提高查询效率。

并发情况：

适用于高并发的有序映射表，支持多线程的读写操作。

总体来说，选择 ConcurrentHashMap 还是 ConcurrentSkipListMap 取决于具体的应用场景和需求。如果对有序性要求较高且并发读写操作较多，可以选择 ConcurrentSkipListMap。如果对无序性的哈希表实现要求高并发读写操作，可以选择 ConcurrentHashMap。

2. List（列表）

ArrayList:

介绍：

基于动态数组实现，支持随机访问和快速插入/删除。

优点：

随机访问快，适合读取操作。

在尾部插入/删除元素较快。

缺点：

插入/删除元素时需要移动其他元素，效率较低。

不适合大量的插入/删除操作。

数据结构：

基于动态数组。

并发情况：

非同步，不适合多线程操作。

LinkedList:

介绍：

基于双向链表实现，特别适合频繁插入/删除操作。

优点：

频繁插入/删除效率高，特别适合在中间插入/删除元素。

迭代时性能较好。

缺点：

随机访问性能差，需要遍历链表。

数据结构：

基于双向链表。

并发情况：

非同步，不适合多线程操作。

Vector:

介绍：

类似ArrayList，但是是同步的，支持多线程操作。

优点：

同步，支持多线程操作。

缺点：

同步会影响性能。

不推荐在高并发场景使用。

数据结构：

基于动态数组。

并发情况：

同步，支持多线程操作。

3. Set（集合）

HashSet:

介绍：

基于哈希表实现，提供快速的查找性能。

优点：

查找性能高。

缺点：

不保证元素顺序。

数据结构：

哈希表。

并发情况：

非同步，不适合多线程操作。

LinkedHashSet:

介绍：

类似HashSet，但保持元素插入顺序。

优点：

保持元素插入顺序。

缺点：

性能略低于HashSet。

数据结构：

哈希表和双向链表。

并发情况：

非同步，不适合多线程操作。

TreeSet:

介绍：

基于红黑树实现，支持有序性。

优点：

有序。

缺点：

相对HashSet性能较低。

不允许null元素。

数据结构：

红黑树。

并发情况：

非同步，不适合多线程操作。

4. Queue（队列）

PriorityQueue:

介绍：

基于优先级堆实现，用于按照自然顺序或者定制顺序提取元素。

优点：

按照优先级提取元素。

缺点：

不适用于并发操作。

数据结构：

堆。

并发情况：

非同步，不适合多线程操作。

5.其他集合类

Arrays:

介绍：

提供了数组操作的各种方法。

优点：

提供了丰富的数组操作方法。

缺点：

不适用于动态数组。

数据结构：

对原生数组的封装。

并发情况：

非同步，不适合多线程操作。

Collections:

介绍：

提供了对集合进行操作的静态方法，如排序、洗牌等。

支持对集合进行不可变的创建。

优点：

提供了丰富的静态方法。

缺点：

不适用于对原始数据类型的集合操作。

数据结构：

不存储元素，是一个工具类。

并发情况：

非同步，不适合多线程操作。