Java 集合 List、Set、Map 区别与应用

一、核心特性对比

二、底层实现与典型差异

‌List‌

‌ArrayList‌：动态数组结构，随机访问快（O(1)），中间插入/删除效率低（O(n)）‌
‌LinkedList‌：双向链表结构，头尾操作快（O(1)），随机访问慢（O(n)）‌

‌Set‌

‌HashSet ‌：哈希表实现，查询/插入时间复杂度为 O(1)，依赖 hashCode() 和 equals() 方法‌
TreeSet‌：红黑树实现，元素按自然顺序或自定义比较器排序，操作时间复杂度为 O(log n)‌

Map‌

‌HashMap‌：哈希表 + 链表/红黑树（JDK8+），允许 null 键值，非线程安全‌
TreeMap‌：红黑树实现，按键自然顺序或比较器排序，适合范围查询‌

三、典型应用场景

‌List 应用场景‌
- ‌日志记录 ‌：按时间顺序存储操作日志，使用 ArrayList 快速遍历‌
- ‌动态分页 ‌：LinkedList 实现 LRU 缓存淘汰策略（快速头尾操作）‌
‌Set 应用场景‌
- ‌用户权限管理 ‌：HashSet 存储唯一权限标识‌
- ‌排行榜系统 ‌：TreeSet 自动维护分数排名‌
‌Map 应用场景‌
- ‌电商购物车 ‌：HashMap 以商品ID为键，存储商品数量‌
- ‌配置中心 ‌：TreeMap 按配置键名排序后输出‌

四、‌ 应用案例

（一）、 List应用案例

1、多线程任务调度

java 复制代码

// 使用 ArrayList 存储待执行的任务（按顺序执行）
List<Runnable> tasks = new ArrayList<>();
tasks.add(() -> System.out.println("Task 1"));
tasks.add(() -> System.out.println("Task 2"));
tasks.forEach(Thread::new);

‌2、社交媒体动态列表

java 复制代码

// 使用 HashSet 存储在线用户的唯一ID（快速判断用户是否在线）
Set<Long> onlineUsers = new HashSet<>();
onlineUsers.add(user1.getId());
if (onlineUsers.contains(user2.getId())) { /* 用户在线逻辑 */ }

‌ 3、数据分页处理

java 复制代码

// 使用 ArrayList 分页查询数据库结果
List<Order> allOrders = fetchOrdersFromDB();
int pageSize = 10;
List<Order> page = allOrders.subList(0, Math.min(pageSize, allOrders.size()));

（二）、‌Set 应用案例‌

1‌、用户在线状态管理

java 复制代码

// 使用 HashSet 存储在线用户的唯一ID（快速判断用户是否在线）
Set<Long> onlineUsers = new HashSet<>();
onlineUsers.add(user1.getId());
if (onlineUsers.contains(user2.getId())) { /* 用户在线逻辑 */ }

2、‌数据去重清洗

java 复制代码

// 使用 TreeSet 对日志中的重复IP地址去重并排序
Set<String> uniqueIPs = new TreeSet<>();
logs.forEach(log -> uniqueIPs.add(log.getIP()));

3、权限交集计算

java 复制代码

// 使用 Set 的集合操作（如取两个角色的共有权限）
Set<String> adminPermissions = new HashSet<>(Arrays.asList("delete", "edit"));
Set<String> editorPermissions = new HashSet<>(Arrays.asList("edit", "view"));
adminPermissions.retainAll(editorPermissions); // 交集结果: ["edit"]

（三）、‌Map 应用案例

1、‌缓存系统实现

java 复制代码

// 使用 LinkedHashMap 实现简单的 LRU 缓存（最近最少使用淘汰策略）
Map<String, Object> cache = new LinkedHashMap<>(16, 0.75f, true) {
    @Override
    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
        return size() > 100; // 缓存上限100条
    }
};

2、‌多语言国际化

java 复制代码

// 使用 HashMap 存储不同语言的键值对翻译
Map<String, String> zhMessages = new HashMap<>();
zhMessages.put("welcome", "欢迎");
System.out.println(zhMessages.get("welcome"));

3、事件监听器管理

java 复制代码

// 使用 ConcurrentHashMap 存储事件类型和对应的监听器列表（线程安全）
Map<String, List<EventListener>> eventListeners = new ConcurrentHashMap<>();
eventListeners.computeIfAbsent("click", k -> new ArrayList<>()).add(new ClickListener());

五、‌特殊实现类案例

1‌、TreeMap 实现范围查询

java 复制代码

// 查找价格在 [100, 500] 的商品
TreeMap<Integer, Product> priceMap = new TreeMap<>();
priceMap.put(200, product1);
priceMap.put(300, product2);
NavigableMap<Integer, Product> range = priceMap.subMap(100, true, 500, true);

2、‌EnumSet 优化枚举集合存储

java 复制代码

// 表示工作日的枚举集合（内存高效）
EnumSet<Weekday> workingDays = EnumSet.of(Weekday.MON, Weekday.TUE, Weekday.WED);