Java 集合概述

Java 集合框架是 Java 提供的一组用于存储和操作数据的类和接口。集合框架可以方便地进行数据存储、查询、插入和删除等操作。它提供了一些接口和实现类，使得开发者能够灵活处理数据结构。

Java 集合框架的核心接口包括：Collection, Set, List, Queue, Map 等。每个接口有多个具体实现类，如 ArrayList, HashSet, LinkedList, HashMap 等。

1. Collection 接口

Collection 是 Java 集合框架的根接口，所有的集合类都直接或间接地实现了它。Collection 接口有两种常见的子接口：List 和 Set，分别用于有序集合和无序集合。

2. List 接口

List 是有序集合，允许重复元素。List 中的元素可以按照插入的顺序进行访问。

2.1 常见实现类：

• ArrayList：基于动态数组实现，查询效率高，插入和删除效率低。
• LinkedList：基于双向链表实现，插入和删除效率高，查询效率低。
• Vector：与 ArrayList 类似，但它是线程安全的，性能相对较低。

2.2 示例：使用 ArrayList

import java.util.*;

public class ListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 ArrayList
        List<String> list = new ArrayList<>();

        // 添加元素
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Cherry");

        // 遍历列表
        for (String item : list) {
            System.out.println(item);
        }

        // 根据索引获取元素
        System.out.println("Element at index 1: " + list.get(1));

        // 删除元素
        list.remove("Banana");
        System.out.println("After removal: " + list);

        // 获取元素的索引
        int index = list.indexOf("Cherry");
        System.out.println("Index of 'Cherry': " + index);
    }
}

在这个例子中，ArrayList 用于存储字符串，并演示了常见的操作，如添加、获取、删除和查找元素。

3. Set 接口

Set 是无序集合，不允许重复元素。常见的实现类有 HashSet, LinkedHashSet, TreeSet 等。

3.1 常见实现类：

• HashSet：基于哈希表实现，元素无序，查找速度快，不允许重复元素。
• LinkedHashSet：与 HashSet 类似，但保留元素的插入顺序。
• TreeSet：基于红黑树实现，元素按自然顺序排序。

3.2 示例：使用 HashSet

import java.util.*;

public class SetExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 HashSet
        Set<String> set = new HashSet<>();

        // 添加元素
        set.add("Apple");
        set.add("Banana");
        set.add("Cherry");

        // 尝试添加重复元素
        set.add("Apple");

        // 遍历集合
        for (String item : set) {
            System.out.println(item);
        }

        // 判断元素是否存在
        boolean contains = set.contains("Banana");
        System.out.println("Contains 'Banana': " + contains);

        // 删除元素
        set.remove("Cherry");
        System.out.println("After removal: " + set);
    }
}

在这个示例中，HashSet 存储了多个水果名称，并演示了集合的添加、查找和删除操作。注意，重复元素 "Apple" 被自动忽略。

4. Map 接口

Map 是一个键值对集合，不同于 Collection 接口，Map 存储的是键值对（key-value）。Map 中的每个键都是唯一的，但值可以重复。

4.1 常见实现类：

• HashMap：基于哈希表实现，键值对存储无序，查找速度快。
• LinkedHashMap：与 HashMap 类似，但按照插入顺序保留键值对。
• TreeMap：基于红黑树实现，键值对按键的自然顺序排序。

4.2 示例：使用 HashMap

import java.util.*;

public class MapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 HashMap
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();

        // 添加键值对
        map.put("Apple", 1);
        map.put("Banana", 2);
        map.put("Cherry", 3);

        // 获取值
        System.out.println("Apple's value: " + map.get("Apple"));

        // 遍历 Map
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
        }

        // 删除键值对
        map.remove("Banana");
        System.out.println("After removal: " + map);

        // 判断 Map 中是否包含特定的键
        boolean containsKey = map.containsKey("Cherry");
        System.out.println("Contains 'Cherry' key: " + containsKey);
    }
}

在这个例子中，HashMap 用于存储水果名称和对应的数量，并展示了常见的操作，如插入、获取、遍历和删除键值对。

5. Queue 接口

Queue 是一个用于存储元素的集合，遵循 FIFO（先入先出）原则。常见的实现类有 LinkedList, PriorityQueue 等。

5.1 常见实现类：

• LinkedList：基于双向链表实现，支持队列操作（offer(), poll(), peek()）。
• PriorityQueue：基于优先级队列实现，元素按自然顺序或自定义排序。

5.2 示例：使用 LinkedList 实现 Queue

import java.util.*;

public class QueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 LinkedList 作为 Queue
        Queue<String> queue = new LinkedList<>();

        // 添加元素
        queue.offer("Apple");
        queue.offer("Banana");
        queue.offer("Cherry");

        // 获取并移除队首元素
        System.out.println("Poll: " + queue.poll());

        // 查看队首元素
        System.out.println("Peek: " + queue.peek());

        // 遍历队列
        System.out.println("Queue contents: ");
        for (String item : queue) {
            System.out.println(item);
        }
    }
}

在这个例子中，LinkedList 被用作队列，演示了队列的基本操作，包括元素的添加、查看和删除。

6. 常见操作：

6.1 判断集合是否为空

Set<String> set = new HashSet<>();
if (set.isEmpty()) {
    System.out.println("Set is empty.");
}

6.2 获取集合的大小

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
System.out.println("List size: " + list.size());

6.3 清空集合

Set<String> set = new HashSet<>();
set.add("Apple");
set.add("Banana");
set.clear();  // 清空集合
System.out.println("Set after clear: " + set);

7. 总结

Java 集合框架提供了多种不同类型的集合接口和实现类，开发者可以根据实际需求选择最合适的集合类。集合框架不仅支持常见的增、删、查、改等操作，还为性能优化、线程安全、排序等场景提供了不同的解决方案。

• List：有序集合，允许重复元素。常用实现：ArrayList, LinkedList。
• Set：无序集合，不允许重复元素。常用实现：HashSet, LinkedHashSet, TreeSet。
• Map：键值对集合，键唯一，值可重复。常用实现：HashMap, LinkedHashMap, TreeMap。
• Queue：遵循 FIFO（先入先出）原则的集合。常用实现：LinkedList, PriorityQueue。

选择合适的集合类，可以让代码更加高效、简洁。