Java集合框架（Java Collections Framework，JCF）是Java标准库中用于存储、操作和管理一组对象的强大工具。它提供了一套统一的接口和实现类，用于处理各种数据结构，如列表、集合、队列、映射等。Java集合框架的设计目标是提高代码的可复用性、灵活性和性能。

核心组成部分#

接口（Interfaces）#

Collection: 是所有集合类的根接口，定义了集合的基本操作，如添加、删除、遍历等。
- List: 有序集合，允许重复元素。常见实现类有 ArrayList、LinkedList。
- Set: 无序集合，不允许重复元素。常见实现类有 HashSet、TreeSet。
- Queue: 队列，遵循先进先出（FIFO）原则。常见实现类有 LinkedList、PriorityQueue。
Map: 存储键值对（Key-Value），键不允许重复。常见实现类有 HashMap、TreeMap。

实现类（Implementations）#

List实现类:
- ArrayList: 基于动态数组实现，查询快，增删慢。
- LinkedList: 基于双向链表实现，增删快，查询慢。
Set实现类:
- HashSet: 基于哈希表实现，无序，不允许重复。
- TreeSet: 基于红黑树实现，有序，不允许重复。
Queue实现类:
- PriorityQueue: 基于堆实现，优先级队列。
- LinkedList: 可以作为队列或双端队列使用。
Map实现类:
- HashMap: 基于哈希表实现，无序，允许空键和空值。
- TreeMap: 基于红黑树实现，有序，键不允许为空。

工具类（Utility Classes）#

Collections: 提供了一系列静态方法，用于操作集合，如排序、查找、反转等。
Arrays: 提供了一系列静态方法，用于操作数组。

Java集合框架的特点#

统一性: 所有集合类都实现了统一的接口，使用方式一致。
高性能: 不同的集合实现针对不同的场景进行了优化，如 ArrayList 适合查询，LinkedList 适合增删。
可扩展性: 可以通过实现接口或继承抽象类来自定义集合类。
线程安全: 部分集合类是线程安全的（如 Vector、Hashtable），但大多数集合类是非线程安全的，可以通过 Collections.synchronizedList() 等方法实现线程安全。

常用集合类的比较#

集合类	底层实现	特点	适用场景
`ArrayList`	动态数组	查询快，增删慢	需要频繁查询的场景
`LinkedList`	双向链表	增删快，查询慢	需要频繁增删的场景
`HashSet`	哈希表	无序，不允许重复	去重、快速查找
`TreeSet`	红黑树	有序，不允许重复	需要排序的场景
`HashMap`	哈希表	无序，允许空键和空值	快速查找键值对
`TreeMap`	红黑树	有序，键不允许为空	需要排序键值对的场景
`PriorityQueue`	堆	优先级队列，元素按优先级排序	任务调度、优先级处理

HashSet vs HashMap#

基本定义#

HashSet:
- 是一个实现 Set 接口的集合类。
- 存储唯一的元素，不允许重复。
- 内部使用 HashMap 来存储元素（元素作为 HashMap 的键，值是一个固定的 PRESENT 对象）。
- 无序，不保证元素的顺序。
HashMap:
- 是一个实现 Map 接口的集合类。
- 存储键值对（Key-Value），键不允许重复，值可以重复。
- 基于哈希表实现，使用键的哈希值来快速查找和存储数据。
- 无序，不保证键值对的顺序。

这两个东西都是非线程安全的

存储方式#

HashSet:

只存储元素（对象），元素是唯一的。
内部实现：HashSet 使用 HashMap 来存储元素，元素作为 HashMap 的键，值是一个固定的 PRESENT 对象（private static final Object PRESENT = new Object()）。

// HashSet 内部实现
public class HashSet<E> 
    extends AbstractSet<E> 
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable 
{
    private transient HashMap<E, Object> map;
    private static final Object PRESENT = new Object();

    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }

    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT) == null;
    }
}

HashMap:

存储键值对（Key-Value），键是唯一的，值可以重复。
内部实现：HashMap 使用数组和链表（或红黑树）来存储键值对，通过键的哈希值快速定位存储位置。

// HashMap 内部实现
public class HashMap<K, V> {
    transient Node<K, V>[] table;

    static class Node<K, V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K, V> next;
    }
}

Collection示例代码#

import java.util.*;

public class CollectionExample {
    public static void main(String[] args) {
        // List示例
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Java");
        list.add("Python");
        list.add("C++");
        System.out.println("List: " + list);

        // Set示例
        Set<String> set = new HashSet<>();
        set.add("Apple");
        set.add("Banana");
        set.add("Apple"); // 重复元素不会被添加
        System.out.println("Set: " + set);

        // Map示例
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("Alice", 25);
        map.put("Bob", 30);
        System.out.println("Map: " + map);

        // Queue示例
        Queue<String> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer("Task1");
        queue.offer("Task2");
        System.out.println("Queue: " + queue.poll()); // 先进先出
    }
}

核心组成部分#

接口（Interfaces）#

实现类（Implementations）​#

工具类（Utility Classes）​#

Java集合框架的特点#

常用集合类的比较#

HashSet vs HashMap#

基本定义#

存储方式#

Collection示例代码#

实现类（Implementations）#

工具类（Utility Classes）#