Java 中 List、Set、Map 核心实现类解析

Java中List、Set、Map核心实现类解析

在 Java 里,ListSetMap 是集合框架里的关键接口,其中 ArrayListLinkedList 属于 List 接口的常见实现类,HashMapConcurrentHashMap 则是 Map 接口的常用实现类。

1. ArrayList

简介

ArrayList 是基于动态数组实现的 List 类,它允许存储重复元素,并且可以通过索引快速访问元素。

特点

  • 动态扩容:当数组容量不足时,会自动进行扩容。
  • 随机访问快 :可以通过索引在 O ( 1 ) O(1) O(1) 的时间复杂度内访问元素。
  • 插入和删除慢 :在数组中间或开头插入、删除元素时,需要移动大量元素,时间复杂度为 O ( n ) O(n) O(n)。

示例代码

java 复制代码
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        list.add("cherry");

        // 通过索引访问元素
        System.out.println(list.get(1)); // 输出: banana

        // 删除元素
        list.remove(0);
        System.out.println(list); // 输出: [banana, cherry]
    }
}

2. LinkedList

简介

LinkedList 是基于双向链表实现的 List 类,同样允许存储重复元素。

特点

  • 插入和删除快 :在链表头部、尾部或中间插入、删除元素时,只需修改指针,时间复杂度为 O ( 1 ) O(1) O(1)。
  • 随机访问慢 :需要从头或尾开始遍历链表,时间复杂度为 O ( n ) O(n) O(n)。
  • 可作为栈、队列使用 :提供了 push()pop()offer()poll() 等方法。

示例代码

java 复制代码
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

public class LinkedListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new LinkedList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        list.add("cherry");

        // 在头部插入元素
        ((LinkedList<String>) list).addFirst("date");
        System.out.println(list); // 输出: [date, apple, banana, cherry]

        // 删除尾部元素
        ((LinkedList<String>) list).removeLast();
        System.out.println(list); // 输出: [date, apple, banana]
    }
}

3. HashMap

简介

HashMap 是基于哈希表实现的 Map 类,用于存储键值对,键不能重复。

特点

  • 快速查找 :通过哈希函数计算键的哈希值,平均时间复杂度为 O ( 1 ) O(1) O(1) 来查找、插入和删除元素。
  • 无序:不保证元素的插入顺序。
  • 非线程安全:在多线程环境下可能会出现数据不一致的问题。

示例代码

java 复制代码
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class HashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("apple", 1);
        map.put("banana", 2);
        map.put("cherry", 3);

        // 获取元素
        System.out.println(map.get("banana")); // 输出: 2

        // 删除元素
        map.remove("apple");
        System.out.println(map); // 输出: {banana=2, cherry=3}
    }
}

4. ConcurrentHashMap

简介

ConcurrentHashMap 也是基于哈希表实现的 Map 类,是线程安全的,适合在多线程环境下使用。

特点

  • 线程安全:采用分段锁或 CAS(Compare-And-Swap)机制保证线程安全,并发性能高。
  • 高效并发操作:不同的段可以同时进行读写操作,提高了并发处理能力。
  • 无序:不保证元素的插入顺序。

示例代码

java 复制代码
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.Map;

public class ConcurrentHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
        map.put("apple", 1);
        map.put("banana", 2);
        map.put("cherry", 3);

        // 获取元素
        System.out.println(map.get("banana")); // 输出: 2

        // 删除元素
        map.remove("apple");
        System.out.println(map); // 输出: {banana=2, cherry=3}
    }
}

总结

  • 若需要快速随机访问元素,可选择 ArrayList
  • 若频繁进行插入和删除操作,LinkedList 是更好的选择。
  • 单线程环境下,使用 HashMap 存储键值对。
  • 多线程环境下,使用 ConcurrentHashMap 确保线程安全。
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