Java 中表示数据集的常用集合类

Java 中表示数据集的常用集合类

Java 集合框架提供了多种数据结构来表示和操作数据集,每种集合类都有其特定的用途和性能特征。以下是主要的集合类及其特点:

一、List 接口及其实现类

1. ArrayList

  • 特点:基于动态数组实现
  • 优点:随机访问快,尾部插入/删除快
  • 缺点:中间插入/删除慢
  • 使用场景:需要频繁按索引访问元素
java 复制代码
List<String> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add("Apple");
arrayList.add("Banana");
String fruit = arrayList.get(0);  // 快速随机访问

2. LinkedList

  • 特点:基于双向链表实现
  • 优点:头部/中间插入删除快
  • 缺点:随机访问慢
  • 使用场景:需要频繁在头部/中间插入删除
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List<String> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.addFirst("First");  // 头部插入高效
linkedList.removeLast();       // 尾部删除高效

二、Set 接口及其实现类

1. HashSet

  • 特点:基于哈希表实现,使用HashMap存储元素
  • 优点:添加、删除、查找操作快
  • 缺点:无序,遍历顺序不确定
  • 使用场景:需要快速查找且不关心顺序
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Set<String> hashSet = new HashSet<>();
hashSet.add("Red");
hashSet.add("Green");
boolean contains = hashSet.contains("Red");  // 快速查找

2. TreeSet

  • 特点:基于红黑树实现,元素按自然顺序或Comparator排序
  • 优点:自动排序,范围查找高效
  • 缺点:插入/删除比HashSet慢(O(log n))
  • 使用场景:需要有序且唯一元素的集合
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Set<Integer> treeSet = new TreeSet<>();
treeSet.add(5);
treeSet.add(2);
treeSet.add(8);  // 自动排序为 [2, 5, 8]

3. LinkedHashSet

  • 特点:继承HashSet,但维护插入顺序的链表
  • 优点:保持插入顺序,查找效率接近HashSet
  • 使用场景:需要保持插入顺序且快速查找
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Set<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();
linkedHashSet.add("First");
linkedHashSet.add("Second");  // 保持插入顺序

三、Map 接口及其实现类

1. HashMap

  • 特点:基于哈希表的键值对存储
  • 优点:查找、插入、删除操作快
  • 缺点:无序
  • 使用场景:需要快速查找键值对
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Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
hashMap.put("Apple", 10);
int count = hashMap.get("Apple");  // 快速查找

2. TreeMap

  • 特点:基于红黑树实现,按键的自然顺序或Comparator排序
  • 优点:按键排序,范围操作高效
  • 缺点:插入/删除比HashMap慢(O(log n))
  • 使用场景:需要有序的键值对集合
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Map<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();
treeMap.put("Orange", 5);
treeMap.put("Apple", 10);  // 按键排序: Apple, Orange

3. LinkedHashMap

  • 特点:继承HashMap,但维护插入顺序或访问顺序
  • 优点:保持插入/访问顺序,查找效率接近HashMap
  • 使用场景:需要保持顺序的键值对集合
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Map<String, Integer> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();
linkedHashMap.put("First", 1);
linkedHashMap.put("Second", 2);  // 保持插入顺序

四、集合类的选择指南

需求 推荐集合类 原因
需要按索引访问 ArrayList 随机访问O(1)
频繁在头部/中间插入删除 LinkedList 插入删除O(1)
需要唯一元素且不关心顺序 HashSet 查找O(1)
需要唯一元素且有序 TreeSet 自动排序
需要保持插入顺序的集合 LinkedHashSet 维护插入顺序链表
键值对存储,快速查找 HashMap 查找O(1)
需要按键排序的键值对 TreeMap 红黑树维持顺序
需要保持插入顺序的键值对 LinkedHashMap 维护插入顺序链表
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