List、Set 和 Map 的区别及常见实现类、线程安全集合(总结图表)

ListSetMap 的区别

特性 List Set Map
元素顺序 有序 无序(部分实现有序) 无序(部分实现有序)
元素唯一性 允许重复 不允许重复 键唯一,值可重复
访问方式 通过索引 通过元素本身 通过键
常见实现 ArrayList, LinkedList HashSet, TreeSet HashMap, TreeMap
底层数据结构 动态数组、双向链表 哈希表、红黑树 哈希表、红黑树
适用场景 需要顺序或索引访问 需要去重或快速查找 需要键值对映射

ListSetMap 的常见实现类及其底层数据结构


1. List(列表)

实现类 底层数据结构 特点
ArrayList 动态数组 - 基于数组实现,支持随机访问。 - 插入和删除效率较低(需要移动元素)。
LinkedList 双向链表 - 基于链表实现,插入和删除效率高。 - 随机访问效率低(需要遍历链表)。
Vector 动态数组(线程安全) - 类似 ArrayList,但线程安全。 - 性能较低,通常不推荐使用。

2. Set(集合)

实现类 底层数据结构 特点
HashSet 哈希表(基于 HashMap) - 基于哈希表实现,插入、删除和查找效率高(平均 O(1))。 - 无序。
LinkedHashSet 哈希表 + 双向链表 - 在 HashSet 基础上维护插入顺序。 - 插入和查找效率接近 HashSet
TreeSet 红黑树 - 基于红黑树实现,元素按自然顺序或自定义顺序排序。 - 插入、删除和查找效率为 O(log n)。

3. Map(映射)

实现类 底层数据结构 特点
HashMap 哈希表 - 基于哈希表实现,插入、删除和查找效率高(平均 O(1))。 - 无序。
LinkedHashMap 哈希表 + 双向链表 - 在 HashMap 基础上维护插入顺序或访问顺序。 - 插入和查找效率接近 HashMap
TreeMap 红黑树 - 基于红黑树实现,键按自然顺序或自定义顺序排序。 - 插入、删除和查找效率为 O(log n)。
Hashtable 哈希表(线程安全) - 类似 HashMap,但线程安全。 - 性能较低,通常不推荐使用。

常见的线程安全集合类及其底层数据结构和线程安全实现方式

1. List(列表)

实现类 底层数据结构 线程安全实现方式
Vector 动态数组 使用 synchronized 关键字修饰方法,保证线程安全。
Collections.synchronizedList 基于传入的 List 使用同步包装器,对所有方法加 synchronized 锁。
CopyOnWriteArrayList 动态数组 使用写时复制(Copy-On-Write)技术,读操作无锁,写操作复制新数组。

2. Set(集合)

实现类 底层数据结构 线程安全实现方式
Collections.synchronizedSet 基于传入的 Set 使用同步包装器,对所有方法加 synchronized 锁。
CopyOnWriteArraySet 动态数组 基于 CopyOnWriteArrayList,使用写时复制技术。

3. Map(映射)

实现类 底层数据结构 线程安全实现方式
Hashtable 哈希表 使用 synchronized 关键字修饰方法,保证线程安全。
Collections.synchronizedMap 基于传入的 Map 使用同步包装器,对所有方法加 synchronized 锁。
ConcurrentHashMap 哈希表(分段锁) 使用分段锁(JDK 7)或 CAS + synchronized(JDK 8+)。

4. Queue(队列)

实现类 底层数据结构 线程安全实现方式
BlockingQueue(接口) 数组或链表 使用锁和条件变量实现线程安全。
ArrayBlockingQueue 数组 使用 ReentrantLock 和 Condition 实现线程安全。
LinkedBlockingQueue 链表 使用两把锁(putLock 和 takeLock)提高并发性能。
ConcurrentLinkedQueue 链表 使用 CAS(Compare-And-Swap)实现无锁线程安全。

5. 总结对比

实现类 底层数据结构 线程安全实现方式 适用场景
Vector 动态数组 synchronized 方法锁 已过时,不推荐使用
Hashtable 哈希表 synchronized 方法锁 已过时,不推荐使用
Collections.synchronizedXxx 基于传入的集合 synchronized 方法锁 简单场景,性能要求不高
CopyOnWriteArrayList 动态数组 写时复制(Copy-On-Write) 读多写少的场景
CopyOnWriteArraySet 动态数组 写时复制(Copy-On-Write) 读多写少的场景
ConcurrentHashMap 哈希表 分段锁(JDK 7)或 CAS(JDK 8+) 高并发场景
ConcurrentLinkedQueue 链表 CAS 高并发队列场景
ArrayBlockingQueue 数组 ReentrantLock + Condition 有界阻塞队列
LinkedBlockingQueue 链表 两把锁(putLock 和 takeLock) 无界或有界阻塞队列
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