Java八股文之-集合的特性

JAVA集合框架是每个开发者都绕不开的话题，也是我们要熟练掌握的核心之一，它为我们提供了一整套强大的工具，用于存储、组织和操作数据。让我们一起来深入了解这个重要的主题。

📦 什么是集合框架？

Java 集合框架是一组接口、类和算法的集合，用于处理和管理数据。它提供了多种数据结构，包括 List、Set、Map 等，以满足不同场景下的需求。

🔢 不同类型的集合

List: 有序集合，允许重复元素。例如 ArrayList、LinkedList、Vector。
Set: 无序集合，不允许重复元素。例如 HashSet、LinkedHashSet、TreeSet。
Map: 键值对的集合。例如 HashMap、LinkedHashMap、TreeMap。
附上一张我自己整理的图

🔄 遍历集合

在Java中，你可以使用多种方式来遍历集合。以下是5种常用的遍历集合的方式：

使用增强for循环：
- 增强for循环（也称为for-each循环）是一种简单的遍历集合的方式。它适用于所有实现了Iterable接口的集合，包括数组、List、Set等。
java 复制代码
```
List<String> list = new ArrayList<>();
for (String item : list) {
    System.out.println(item);
}
```
使用迭代器（Iterator）：
- 迭代器是一种更通用的遍历方式，适用于所有实现了Iterable接口的集合。它允许你在遍历过程中删除元素。
java 复制代码
```
List<String> list = new ArrayList<>();
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    String item = iterator.next();
    System.out.println(item);
}
```
使用Java 8的Stream API：
- Java 8引入的Stream API提供了强大的集合处理功能，包括过滤、映射、归约等操作。你可以使用forEach方法来遍历元素。
java 复制代码
```
List<String> list = new ArrayList<>();
list.stream().forEach(item -> System.out.println(item));
```
使用Lambda表达式和方法引用：
- Java 8还引入了Lambda表达式和方法引用，可以简化遍历集合的代码。
java 复制代码
```
List<String> list = new ArrayList<>();
list.forEach(System.out::println); // 使用方法引用
```

使用传统的for循环：

你可以使用传统的for循环来遍历数组或List，通过索引访问元素。

java 复制代码

List<String> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    String item = list.get(i);
    System.out.println(item);
}

不同的遍历方式适用于不同的情况和需求。通常来说，增强for循环和Stream API更加简洁和易读，而迭代器适用于需要在遍历过程中删除元素的情况，传统for循环则适用于数组和需要访问索引的情况。选择适合自己的才是最重要的。

🚧 线程安全性

线程非安全

ArrayList：ArrayList 不是线程安全的，多个线程同时修改一个 ArrayList 实例可能导致不一致的状态。
HashMap：HashMap 也是非线程安全的。多线程环境下，如果多个线程同时修改一个 HashMap 实例，可能会导致数据丢失或不一致的问题。

线程安全

Vector ：Vector 是线程安全的 List 实现，可以确保多个线程安全地访问和修改它。
HashTable ：HashTable 是线程安全的 Map 实现，类似于 HashMap，但它的方法都是同步的，因此可以在多线程环境下使用。
Collections 类的静态方法来包装非线程安全的集合，使其变为线程安全。例如，Collections.synchronizedList和 Collections.synchronizedMap 可以用来包装 ArrayList和HashMap，生成一个线程安全的 List和Map。
ConcurrentHashMap ：ConcurrentHashMap 是 Java 5 引入的高度并发的线程安全的 Map 实现，支持高度并发读写操作，性能比 HashTable 好（看了源码就会了解：ConcurrentHashMap采用的是分段锁，而HashTable底层使用的是通过synchronized来保证线程安全的）。

⚖️ 性能考虑

ArrayList：
- 插入：在列表末尾进行插入操作的性能非常高，因为它的底层是数组。平均时间复杂度为 O(1)。
- 查询：随机访问元素的性能很好，因为可以通过索引进行快速访问，平均时间复杂度为 O(1)。但在列表的开头或中间插入或删除元素时，可能需要移动后续元素，导致较差的性能。
LinkedList：
- 插入：在列表的开头或中间进行插入操作的性能较好，因为它是基于链表实现的，插入元素只需要改变节点的引用。平均时间复杂度为 O(1)。
- 查询：随机访问元素的性能较差，因为需要遍历链表来查找元素，平均时间复杂度为 O(n)。但在列表的开头或中间插入或删除元素时，性能较好。
HashSet：
- 插入：插入元素的性能通常很好，因为它是基于哈希表实现的，插入元素的平均时间复杂度为 O(1)。
- 查询：查找元素的性能也很好，平均时间复杂度为 O(1)。但在哈希冲突发生时，性能可能会下降，因为需要在冲突的链表上进行线性查找。
TreeSet：
- 插入：插入元素的性能较好，平均时间复杂度为 O(log n)，因为它是基于红黑树实现的。
- 查询：查找元素的性能也较好，平均时间复杂度为 O(log n)。
HashMap：
- 插入：插入键值对的性能通常很好，平均时间复杂度为 O(1)。但在哈希冲突发生时，性能可能会下降。
- 查询：查找键对应的值的性能也很好，平均时间复杂度为 O(1)。但在哈希冲突发生时，性能可能会下降，需要线性查找。
TreeMap：
- 插入：插入键值对的性能较好，平均时间复杂度为 O(log n)，因为它是基于红黑树实现的。
- 查询：查找键对应的值的性能也较好，平均时间复杂度为 O(log n)。
ConcurrentHashMap：
- 插入和查询：ConcurrentHashMap 在高并发环境中表现良好，多个线程可以同时插入和查询，性能较好。它通过分段锁来实现并发性。
tips：具体使用哪种需要结合业务的实际情况考虑，如果需要高性能插入和查询操作，不用保持元素顺序的情况下使用HashSet 和 HashMap,如果需要有序的集合，则可以使用TreeSet 和 TreeMap，如果是在多线程情况下则使用ConcurrentHashMap较为合适。

此篇我们主要介绍了集合框架有哪些、遍历方式、线程安全和性能多方面介绍了集合框架的基础信息，由于篇幅有限，我们下章会着重介绍相关集合的相关面试题，有需要的小伙伴可以点赞关注哦。