Java集合（Collection、Map、转换）

✅ 推荐使用

❌ 已过时

1. Collection

Collection 是集合框架的根接口之一，它是所有单列集合（如 List、Set、Queue 等）的公共父接口。Collection 接口定义了集合的基本操作，比如添加、删除、遍历等。

复制代码

Collection
├── List
│    ├── ArrayList
│    ├── LinkedList
│    └── Vector
│         └── Stack
├── Set
│    ├── HashSet
│    │    └── LinkedHashSet
│    └── TreeSet (SortedSet → NavigableSet)
└── Queue
     ├── PriorityQueue
     └── Deque
          ├── LinkedList
          └── ArrayDeque

Set
List
Queue: 队列
Deque: 双端队列
PriorityQueue: 优先队列
❌ Stack: 栈（已过时）
Vector: 旧版线程安全 List

Collection 常用方法

boolean add(E e): 添加元素。
boolean remove(Object o): 移除指定元素。
boolean contains(Object o): 是否包含指定元素。
int size(): 返回集合大小。
boolean isEmpty(): 判断集合是否为空。
Iterator iterator(): 返回迭代器。
Object[] toArray(): 转换为数组。
boolean containsAll(Collection<?> c): 是否包含另一个集合的所有元素。
boolean addAll(Collection<? extends E> c): 添加另一个集合的所有元素。
boolean removeAll(Collection<?> c): 移除与另一个集合共有的元素。
void clear(): 清空集合。

Collection 子接口

List: 有序、可重复。
Set: 无序、不可重复。
Queue: 队列，先进先出。
Deque: 双端队列。

Collection 实现类（推荐使用的）

✅ ArrayList: 快速随机访问。
✅ LinkedList: 频繁插入/删除。
✅ HashSet: 去重元素。
✅ LinkedHashSet: 保持插入顺序的去重集合。
✅ TreeSet: 需要排序的集合。
✅ PriorityQueue: 优先级队列。
✅ Collections.synchronizedCollection() 或 CopyOnWriteArrayList: 高并发线程安全集合。

1.1 Set

Set 是一个不允许重复元素的集合接口，继承自 Collection 接口。

✅ HashSet: 效率O(1)；基于HashMap实现，使用哈希表。
✅ LinkedHashSet: 效率O(1)；继承自 HashSet，内部使用双向链表维护插入顺序。
✅ TreeSet: 效率O(log n)；基于红黑树实现，支持排序。
ConcurrentSkipListSet: 效率O(log n)；支持并发访问的有序 Set，基于跳表实现。
❌ Collections.synchronizedSet(new HashSet<>()): 效率O(1)；通过装饰器模式使任意 Set 线程安全，但效率较低。

线程安全

ConcurrentSkipListSet
Collections.synchronizedSet(new HashSet<>())

有序的

LinkedHashSet
TreeSet
ConcurrentSkipListSet

✅ HashSet

特点：基于哈希表，查找和插入效率高（O(1)），但不保证顺序。

适用场景：需要快速查找、去重，对顺序无要求。

java 复制代码

Set<String> set = new HashSet<>();
set.add("A");
set.add("B");
set.add("A"); // 重复元素不会被添加
System.out.println(set); // 输出顺序不确定

✅ LinkedHashSet

特点：保留插入顺序，性能略低于 HashSet。

适用场景：需要去重同时保持插入顺序。

java 复制代码

Set<String> set = new LinkedHashSet<>();
set.add("C");
set.add("A");
set.add("B");
System.out.println(set); // 输出顺序：C, A, B

✅ TreeSet

特点：自动排序（默认自然排序或自定义比较器），不允许 null。

适用场景：需要排序或范围查询的场景。

java 复制代码

Set<String> set = new TreeSet<>();
set.add("Banana");
set.add("Apple");
set.add("Orange");
System.out.println(set); // 输出按字母顺序排序

ConcurrentSkipListSet

特点：线程安全、有序、基于跳表实现。

适用场景：多线程环境下需要有序 Set 的场景。

java 复制代码

Set<String> set = new ConcurrentSkipListSet<>();
set.add("Z");
set.add("X");
set.add("Y");
System.out.println(set); // 按排序顺序输出

1.2 List

List 是一个有序、可重复的集合接口，继承自 Collection 接口。

✅ ArrayList: 效率O(n)；快速随机访问、读多写少。
✅ LinkedList: 效率O(1)；频繁插入/删除。
Vector: 效率O(n)；旧版线程安全列表。
CopyOnWriteArrayList: 效率O(n)；高并发读多写少。
Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()): 效率O(n)；手动同步任意 List。

线程安全

Vector
CopyOnWriteArrayList
Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())

基于数组

ArrayList
Vector
CopyOnWriteArrayList
Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())

支持快速随机访问

ArrayList
Vector
CopyOnWriteArrayList
Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())

✅ ArrayList

特点：基于动态数组实现，支持快速随机访问（O(1)），插入/删除中间元素效率较低（O(n)）。

适用场景：读操作频繁、写操作较少。

java 复制代码

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");
System.out.println(list.get(0)); // 快速访问

✅ LinkedList

特点：基于双向链表实现，插入/删除效率高（特别是头部/尾部），但随机访问慢（O(n)）。

适用场景：频繁插入/删除、不频繁随机访问。

java 复制代码

List<String> list = new LinkedList<>();
list.add("X");
list.add("Y");
((LinkedList<String>) list).addFirst("Z"); // 插入头部
System.out.println(list);

❌ Vector

特点：与 ArrayList 类似，但所有方法都是 synchronized，线程安全但性能较差。

适用场景：遗留系统中使用，现代推荐使用 CopyOnWriteArrayList 或手动同步。

java 复制代码

List<String> list = new Vector<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");
System.out.println(list);

CopyOnWriteArrayList

特点：线程安全，写时复制（Copy-On-Write）机制，读不加锁，适合读多写少的并发场景。

适用场景：监听器列表、事件广播等并发读多写少的场景。

java 复制代码

// java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
list.add("Read1");
list.add("Read2");
new Thread(() -> {
    list.add("Write1"); // 写操作会复制数组
}).start();

Collections.synchronizedList

特点：通过装饰器模式使任意 List 线程安全，适合低并发场景。

缺点：性能较差，不适用于高并发。

java 复制代码

List<String> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
syncList.add("A");

1.3 Query

Queue（队列）是 Collection 接口的一个子接口，用于表示先进先出（FIFO）的数据结构。它广泛用于任务调度、消息队列、线程池等场景。

LinkedList: 实现了 Deque，可作双端队列。
✅ ArrayDeque: 性能优于 LinkedList，推荐作队列。
PriorityQueue: 元素必须可排序（实现 Comparable 或提供 Comparator）。
✅ ConcurrentLinkedQueue: 线程安全、非阻塞，适合高并发。
✅ LinkedBlockingQueue: 可指定容量，适合生产者-消费者模型。
ArrayBlockingQueue: 基于数组实现，性能稳定。
PriorityBlockingQueue: 线程安全的优先级队列。
DelayQueue: 元素需实现 Delayed 接口，适合定时任务。
SynchronousQueue: 每次插入必须等待取出，适合线程协作。

线程安全

✅ ConcurrentLinkedQueue
✅ LinkedBlockingQueue
ArrayBlockingQueue
PriorityBlockingQueue
DelayQueue
SynchronousQueue

1.4 Deque

Deque（Double-ended Queue，双端队列）是 Queue 接口的子接口，允许从两端插入、删除和检查元素。它既可以作为队列（FIFO），也可以作为栈（LIFO）使用。

✅ ArrayDeque: 高性能双端队列，推荐首选。
LinkedList: 实现了 Deque 和 List，功能丰富。
ConcurrentLinkedDeque: 线程安全的非阻塞双端队列。
LinkedBlockingDeque: 线程安全、支持阻塞操作。
❌Stack（Vector 子类）: 已过时，推荐使用 Deque 代替。

java 复制代码

Deque<String> deque = new ArrayDeque<>();
deque.addFirst("B");
deque.addLast("C");
System.out.println(deque.removeFirst()); // 输出 B

线程安全

ConcurrentLinkedDeque
LinkedBlockingDeque
❌Stack

1.5 PriorityQueue

PriorityQueue 是一种基于堆（heap）结构实现的优先队列，它允许你以优先级顺序取出元素（默认是自然顺序，也可以自定义排序）。它广泛用于任务调度、图算法（如 Dijkstra）、K-Top 问题等场景。

PriorityQueue: Java 标准库实现，基于堆结构。
✅ PriorityBlockingQueue: 线程安全的优先队列，适合并发环境。
TreeSet（伪优先队列）: 本质是集合，但可实现排序，效率不如 PriorityQueue。
ConcurrentSkipListSet: 线程安全的有序集合，性能略逊于 PriorityBlockingQueue。

java 复制代码

PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>();
pq.offer(3);
pq.offer(1);
pq.offer(2);
System.out.println(pq.poll()); // 输出 1

线程安全

✅ PriorityBlockingQueue
ConcurrentSkipListSet

2. Map

Map 并不属于 Collection 接口的子接口或实现类。虽然 Map 和 Collection 都是 Java 集合框架的重要组成部分，但它们是两个并列的接口，分别用于表示不同类型的集合结构。

复制代码

Map
├── HashMap
│    └── LinkedHashMap
├── TreeMap (SortedMap → NavigableMap)
├── Hashtable
│    └── Properties
└── ConcurrentHashMap

Collection：用于存储单列元素集合（如 List、Set、Queue 等），每个元素是独立的。
Map：用于存储双列数据（键值对），即 Key-Value 对，每个元素由一个键和一个值组成。
- ✅ HashMap: 效率O(1)；基于哈希表实现。
- LinkedHashMap: 效率O(1)；继承自 HashMap，维护插入或访问顺序。
- TreeMap: 效率O(n)；基于红黑树实现，支持排序。
- ✅ ConcurrentHashMap: 效率O(1) ~ O(log n)；线程安全，高并发推荐（替代 Collections.synchronizedMap()）。
- Hashtable: 效率O(1)；旧版线程安全 Map。
  - Properties: 属性集合
- Collections.synchronizedMap(new HashMap<>()): 效率O(1)；通过装饰器模式使任意 Map 线程安全。

线程安全

ConcurrentHashMap
Hashtable
Collections.synchronizedMap(new HashMap<>())

有序的

LinkedHashMap
TreeMap

2.1 ✅ HashMap

特点：基于哈希表，查找和插入效率高（O(1)），不保证顺序。

适用场景：需要快速查找、去重键，对顺序无要求。

java 复制代码

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("A", 1);
map.put("B", 2);
System.out.println(map.get("A")); // 输出 1

2.2 LinkedHashMap

特点：保留插入顺序或访问顺序（可配置），性能略低于 HashMap。

适用场景：需要缓存、保持插入顺序或 LRU 缓存。

java 复制代码

Map<String, Integer> map = new LinkedHashMap<>();
map.put("A", 1);
map.put("B", 2);
map.put("C", 3);
System.out.println(map); // 输出 {A=1, B=2, C=3}（保持插入顺序）

2.3 TreeMap

特点：自动排序（默认自然排序或自定义比较器），不允许 null 键。

适用场景：需要排序或范围查询的场景。

java 复制代码

Map<String, Integer> map = new TreeMap<>();
map.put("B", 2);
map.put("A", 1);
map.put("C", 3);
System.out.println(map); // 输出 {A=1, B=2, C=3}（按键排序）

2.4 ✅ ConcurrentHashMap

特点：线程安全，支持高并发读写操作，不加锁读取。

适用场景：多线程环境下需要高性能的 Map。

java 复制代码

// java.util.concurrent.ConcurrentHashMap
Map<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put("A", 1);
map.put("B", 2);
System.out.println(map.get("A")); // 输出 1

2.5 Collections.synchronizedMap

特点：通过装饰器使任意 Map 线程安全，适合低并发场景。

缺点：性能差，不适用于高并发。

java 复制代码

Map<String, Integer> syncMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
syncMap.put("A", 1);

2.6 Properties（Hashtable子类）

Properties 是 Hashtable 的子类，用于表示键值对（key-value）形式的配置信息，常用于读取配置文件（如 .properties 文件）或保存系统属性。

Properties: Java 标准库实现，线程安全，支持从流中加载和写入。
System.getProperties(): 获取 JVM 的系统属性，本质是 Properties 实例。
PropertyResourceBundle: 用于国际化资源文件加载，基于 .properties 文件。
Preferences: 轻量级持久化存储，基于注册表或 XML，适合用户偏好设置。

线程安全

Properties
System.getProperties()
PropertyResourceBundle
Preferences

3. AbstractSet

AbstractSet 是 Java 集合框架中 Set 接口的一个抽象实现类，它继承自 AbstractCollection，并实现了 Set 接口。

3.1 EnumSet

EnumSet 是一个抽象类，Java 提供了两种高效实现：

✅ RegularEnumSet: 使用 long 类型位掩码存储，最多支持 64 个枚举常量
JumboEnumSet: 使用 long[] 数组存储，支持超过 64 个枚举常量

java 复制代码

enum Color { RED, GREEN, BLUE }

EnumSet<Color> set = EnumSet.of(Color.RED, Color.BLUE);
System.out.println(set); // 输出 [RED, BLUE]

线程安全

EnumSet 本身都不是线程安全的

Collections.synchronizedSet()

4. AbstractMap

AbstractMap 是 Java 集合框架中 Map 接口的一个抽象实现类，它为 Map 提供了部分默认实现，使得开发者可以更方便地创建自定义的 Map 实现。

复制代码

java.lang.Object
   └── java.util.AbstractMap<K, V>
         ├── java.util.EnumMap<K extends Enum<K>, V>
         ├── java.util.HashMap<K, V>
         ├── java.util.TreeMap<K, V>
         ├── java.util.WeakHashMap<K, V>
         └── java.util.IdentityHashMap<K, V>

IdentityHashMap: 基于引用的 Map
WeakHashMap: 弱引用 Map
EnumMap: 高效处理枚举类型

4.1 EnumMap

EnumMap 是 Map 接口的一个高效实现，专门用于枚举类型作为键的情况：

✅ EnumMap: 枚举键映射

java 复制代码

enum Color { RED, GREEN, BLUE }

EnumMap<Color, String> map = new EnumMap<>(Color.class);
map.put(Color.RED, "Red");
System.out.println(map.get(Color.RED)); // 输出 Red

线程安全

EnumMap 本身都不是线程安全的

synchronizedMap()
ConcurrentHashMap

4.2 IdentityHashMap

IdentityHashMap 是 Map 接口的一个特殊实现，它使用引用相等（==）而不是对象相等（.equals()）来比较键。这与标准的 HashMap 或 TreeMap 不同，后者默认使用 .equals() 和 hashCode() 来判断键是否相同。

✅ IdentityHashMap: Java 标准库实现，适用于键需严格引用相等的场景
ConcurrentIdentityHashMap: 非官方类，需使用第三方库（如 Guava）
WeakHashMap: 键使用弱引用，适合缓存，但不是 IdentityMap

java 复制代码

IdentityHashMap<String, String> map = new IdentityHashMap<>();
String key1 = new String("key");
String key2 = new String("key");
map.put(key1, "value1");
map.put(key2, "value2");
System.out.println(map.get(key1)); // 输出 value1

线程安全

ConcurrentIdentityHashMap
WeakHashMap

4.3 WeakHashMap

WeakHashMap 是 Map 接口的一个特殊实现，它使用 弱引用（WeakReference） 来持有键（key），这意味着当键不再被强引用时，它将被垃圾回收器回收，同时从 WeakHashMap 中自动移除。

这种特性非常适合用于缓存、监听器注册、资源池等场景，避免内存泄漏。

✅ WeakHashMap: Java 标准库实现，键为弱引用
WeakConcurrentHashMap: 线程安全的 WeakHashMap 替代
SoftHashMap（非标准）: 使用软引用（SoftReference），适合缓存
PhantomHashMap（非标准）: 使用虚引用（PhantomReference），极少使用
ConcurrentWeakHashMap（Guava 等库）: 第三方线程安全实现

java 复制代码

WeakHashMap<String, String> map = new WeakHashMap<>();
String key = new String("key");
map.put(key, "value");
key = null; // key 变为不可达
System.gc(); // 建议回收
System.out.println(map); // 可能输出 {}

线程安全

WeakConcurrentHashMap
ConcurrentWeakHashMap（Guava 等库）

5. BitSet

BitSet 是用于操作位集合（bit vector）的一个类，继承自 Object 类，并没有实现任何接口（在 Java 7 及更早版本中），但从 Java 8 开始，实现了 Cloneable接口并支持 Serializable。

BitSet 是一种位数组，用于高效地表示一组布尔值（true/false、1/0）。比 boolean[] 存储效率高，可以动态扩容，支持与、或、异或等。

主要用途：

位标志存储：例如表示多个布尔选项。
集合操作：可以用来模拟整数集合的交、并、差等操作。
内存优化：相比使用 boolean[]，BitSet 更节省空间。
快速查找和操作：适合处理大量布尔状态。

BitSet 的内部实现

BitSet 内部使用一个 long[] 数组来保存位数据：

java 复制代码

private long[] words;

每个 long 是 64 位。

通过位运算（如 &, |, ~, <<, >>>）来操作每一位。

动态扩容：当设置的位超出当前数组大小时，自动扩展 words 数组。

java 复制代码

BitSet bitSet = new BitSet();

// 设置位
bitSet.set(3);  // 设置第3位为true
bitSet.set(5);  // 设置第5位为true

System.out.println("BitSet: " + bitSet); // 输出: {3, 5}

// 查看某位是否为true
System.out.println("Is bit 3 set? " + bitSet.get(3)); // true
System.out.println("Is bit 4 set? " + bitSet.get(4)); // false

// 清除某位
bitSet.clear(3);
System.out.println("After clearing bit 3: " + bitSet); // {5}

// 位运算：与、或、异或等
BitSet bitSet2 = new BitSet();
bitSet2.set(5);
bitSet2.set(7);

bitSet.or(bitSet2); // 或操作
System.out.println("After OR with {5,7}: " + bitSet); // {5,7}

6. 转换

6.1 List → Set

new HashSet<>(list)

java 复制代码

List<String> list = Arrays.asList("a", "b", "a", "c");
Set<String> set = new HashSet<>(list);
System.out.println(set); // 输出 [a, b, c]

6.2 Set → List

new ArrayList<>(set)

java 复制代码

Set<String> set = new HashSet<>(Arrays.asList("x", "y", "z"));
List<String> list = new ArrayList<>(set);
System.out.println(list); // 输出 [x, y, z]（顺序可能不同）

6.3 List/Set → Array

list.toArray(new String[0])

java 复制代码

List<String> list = Arrays.asList("apple", "banana", "cherry");
String[] array = list.toArray(new String[0]);  
System.out.println(Arrays.toString(array)); // 输出 [apple, banana, cherry]

6.4 Array → List

Arrays.asList(array)：返回固定大小的 List，不支持增删操作（会抛出异常）

java 复制代码

String[] array = {"red", "green", "blue"};
List<String> list = Arrays.asList(array); // 返回固定大小的 List，不支持增删操作（会抛出异常）
System.out.println(list); // 输出 [red, green, blue]

6.5 Map → Set

map.entrySet()

java 复制代码

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("a", 1);
map.put("b", 2);
Set<Map.Entry<String, Integer>> entrySet = map.entrySet();
System.out.println(entrySet); // 输出 [a=1, b=2]

6.6 Set → Map

循环 put

java 复制代码

Set<Map.Entry<String, Integer>> entrySet = new HashSet<>();
entrySet.add(new AbstractMap.SimpleEntry<>("x", 10));
entrySet.add(new AbstractMap.SimpleEntry<>("y", 20));

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.putAll(entrySet);
System.out.println(map); // 输出 {x=10, y=20}

6.7 List<Map.Entry> → Map

list.stream().collect(Collectors.toMap())

java 复制代码

List<Map.Entry<String, String>> list = new ArrayList<>();
list.add(new AbstractMap.SimpleEntry<>("key1", "value1"));
list.add(new AbstractMap.SimpleEntry<>("key2", "value2"));

Map<String, String> map = list.stream()
        .collect(Collectors.toMap(Map.Entry::getKey, Map.Entry::getValue));
System.out.println(map); // 输出 {key1=value1, key2=value2}

6.8 Map → List（键或值）

new ArrayList<>(map.keySet())

java 复制代码

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("a", 1);
map.put("b", 2);

List<String> keyList = new ArrayList<>(map.keySet());
List<Integer> valueList = new ArrayList<>(map.values());
List<Map.Entry<String, Integer>> entryList = new ArrayList<>(map.entrySet());

System.out.println(keyList);   // 输出 [a, b]
System.out.println(valueList); // 输出 [1, 2]
System.out.println(entryList); // 输出 [a=1, b=2]

6.9 Stream → 集合

stream.collect(Collectors.toList())

java 复制代码

Stream<String> stream = Stream.of("one", "two", "three");
List<String> list = stream.collect(Collectors.toList());
Set<String> set = stream.collect(Collectors.toSet());