阅读量:2
Java集合框架是一套强大的工具，为开发者提供了灵活的数据管理方式。本文将深入剖析List、Set和Map的内部机制，通过详细的示例和扩展讨论，带你领略这些数据容器的真谛。
一、List：有序序列的深度剖析
List接口是一个可以包含重复元素的有序集合。Java中，ArrayList和LinkedList是最常见的List实现。
- ArrayList：基于动态数组，支持随机访问，但插入和删除效率较低。
import java.util.ArrayList; public class ArrayListExample { public static void main(String[] args) { ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>(); numbers.add(1); numbers.add(2); System.out.println(numbers.get(0)); // 输出 1 System.out.println(numbers.size()); // 输出 2 // 插入和删除操作 numbers.add(1, 3); System.out.println(numbers); // 输出 [1, 3, 2] numbers.remove(1); System.out.println(numbers); // 输出 [1, 2] } } - LinkedList：基于链表，适合频繁的插入和删除，但不支持随机访问。
import java.util.LinkedList; public class LinkedListExample { public static void main(String[] args) { LinkedList<Integer> numbers = new LinkedList<>(); numbers.add(1); numbers.add(2); System.out.println(numbers.getFirst()); // 输出 1 System.out.println(numbers.getLast()); // 输出 2 // 插入和删除操作 numbers.addFirst(0); System.out.println(numbers); // 输出 [0, 1, 2] numbers.removeLast(); System.out.println(numbers); // 输出 [0, 1] } } 二、Set：唯一元素的守护者
Set接口确保集合中元素的唯一性，不支持重复元素。主要实现包括HashSet和TreeSet。
- HashSet：基于哈希表，提供快速的元素查找和插入。
import java.util.HashSet; public class HashSetExample { public static void main(String[] args) { HashSet<Integer> numbers = new HashSet<>(); numbers.add(1); numbers.add(2); numbers.add(2); // 重复元素不会被添加 System.out.println(numbers.contains(1)); // 输出 true System.out.println(numbers.size()); // 输出 2 } } - TreeSet：基于红黑树，自动排序元素，适用于需要有序集合的场景。
import java.util.TreeSet; public class TreeSetExample { public static void main(String[] args) { TreeSet<Integer> numbers = new TreeSet<>(); numbers.add(2); numbers.add(1); numbers.add(3); System.out.println(numbers); // 输出 [1, 2, 3] } } 三、Map：键值对的管理大师
Map接口用于存储键值对，键必须是唯一的。HashMap和TreeMap是最常见的Map实现。
- HashMap：基于哈希表，提供快速的键值对查找。
import java.util.HashMap; public class HashMapExample { public static void main(String[] args) { HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>(); map.put(1, "One"); map.put(2, "Two"); System.out.println(map.get(1)); // 输出 One System.out.println(map.containsKey(2)); // 输出 true } } - TreeMap：基于红黑树，键值对自动排序，适用于需要排序的键值对场景。
import java.util.TreeMap; public class TreeMapExample { public static void main(String[] args) { TreeMap<Integer, String> map = new TreeMap<>(); map.put(2, "Two"); map.put(1, "One"); map.put(3, "Three"); System.out.println(map); // 输出 {1=One, 2=Two, 3=Three} } } 扩展讨论：迭代器与增强for循环
迭代器（Iterator）和增强for循环（Enhanced For Loop）是遍历集合的常用方式。
import java.util.ArrayList; import java.util.Iterator; public class IteratorExample { public static void main(String[] args) { ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>(); numbers.add(1); numbers.add(2); numbers.add(3); // 使用迭代器遍历 Iterator<Integer> iterator = numbers.iterator(); while (iterator.hasNext()) { System.out.println(iterator.next()); } // 使用增强for循环遍历 for (Integer number : numbers) { System.out.println(number); } } } 四、深入探讨：性能与场景的权衡
- 性能考量：
ArrayList和HashMap在大多数情况下提供最佳性能，因为它们基于哈希表和数组，而LinkedList和TreeSet/TreeMap则在特定场景下表现更佳，如频繁的插入删除或需要排序的场合。 - 内存消耗：
LinkedList由于额外的节点指针，比ArrayList占用更多内存；TreeSet和TreeMap也因为树的结构而消耗更多内存。 - 并发安全性：默认情况下，上述容器都不支持线程安全，但在高并发场景下，可以考虑使用
Collections.synchronizedList()、Collections.synchronizedSet()、Collections.synchronizedMap()，或者ConcurrentHashMap等并发容器。
