Day26 | Java集合框架概览

经过前面25天的学习，我们已经打下了Java的语言基础。

从今天起，我们进入一个全新的、至关重要的领域------Java集合框架。

一、什么是集合框架

在没有集合框架之前，如果你需要存储一组学生对象，你可能会使用数组。

但数组有一个致命的缺陷：长度一旦确定，就没办法改变了。

定义短了，可能不够用，定义长了，又可能造成资源浪费。

为了解决这类问题，Java提供了一套性能优良、使用方便的API，用来表示和操作对象的集合。

可以把它看成一个收纳万物的"工具箱"，里面有各种各样的"容器"（比如列表、集合、队列、映射表等），可以高效地对数据进行增、删、改、查等操作。

为什么Java要给我们提供这些集合框架？

很多复杂的数据结构，你如链表、哈希表、红黑树等，Java集合框架已经帮我们实现好了，而且经过了一定的优化，不再需要我们从零开始实现这些结构，方便我们的使用。

这些数据结构是我们在日常开发中比较常使用的，集合框架都经过了精心设计和优化，通常情况下比我们自己去现写的要高效得多。

集合框架提供了一套标准化的接口，不管具体的实现是什么，或者发生什么变化，操作这些集合的方法都是一致的，我们在学习和使用的时候，成本都比较低。

二、Java集合框架图谱

Java集合框架主要由两个核心接口分支构成，它们是所有集合类的"老祖宗"：

2.1 Collection

ArrayList

HashSet

PriorityQueue

上面的ArrayList、HashSet、PriorityQueue都实现了一个共同的接口Collection。

Collection是存放独立元素的集合的根接口。它的特点就是，容器里的每个位置只存放一个元素。

Collection有三个主要的子接口：List、Set、Queue。

List是一个有序的集合，允许存放重复的元素。你可以像操作数组一样通过索引来访问元素。（代表实现：ArrayList, LinkedList）

Set是一个不重复元素的集合。它不保证元素的顺序（某些实现类除外）。（代表实现：HashSet, TreeSet）

Queue是一个按特定规则（通常是先进先出FIFO）来处理元素的集合。（代表实现：LinkedList, PriorityQueue）

2.2 Map

HashMap

Map是存放键值对的集合的根接口。

Map里的每个元素都包含一个唯一的键（Key）和一个值（Value）。

它不继承自Collection接口，自成一派。（代表实现：HashMap, TreeMap）

三、Collection的核心能力

Collection接口定义了所有单元素集合都必须具备的通用方法。

掌握了它，你就掌握了操作List、Set、Queue的一半了。

一起简单的梳理下Collection中定义的属性和行为：

java 复制代码

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
// 集合里装的元素个数
int size();

// 集合是不是空的
boolean isEmpty();

// 集合里是不是包含某个对象
boolean contains(Object o);

// 返回一个用来遍历集合的迭代器
Iterator<E> iterator();

// 把集合转换成一个Object数组
Object[] toArray();

// 把集合转换成一个指定类型的数组
<T> T[] toArray(T[] a);

// 添加一个元素到集合里
boolean add(E e);

// 从集合里移除一个元素
boolean remove(Object o);

// 把另一个集合的所有元素都添加到这个集合
boolean addAll(Collection<? extends E> c);

// 移除集合里也存在于另一个集合中的所有元素
boolean removeAll(Collection<?> c);

// 清空集合里的所有元素
void clear();
}

Collection里的E就是我们之前学习的泛型，表示元素的类型。

四、Iterable和Iterator

你可能已经注意到，Collection接口继承了一个Iterable接口。

Iterable接口其实是Java 5引入的，它让实现了这个接口的集合都具备了使用for-each循环的能力。

我们在看继承关系的时候，看到able结尾的接口，大多数情况下下就可以理解成，让子类具有某项能力。

java 复制代码

public interface Iterable<E> {
    Iterator<E> iterator();
}

Iterator（迭代器）可以看成真正负责遍历的指针。

类似一个游标，在集合上移动，并提供了安全地访问和删除元素的方法。

java 复制代码

public interface Iterator<E> {
// 判断集合里是不是还有下一个元素可以访问。
boolean hasNext();

// 返回集合里的下一个元素，并将"指针"后移一位。
E next();

}

提到删除元素，我们在初学的时候，还会遇到一个坑。

java 复制代码

package com.lazy.snail.day26;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * @ClassName Day26Demo
 * @Description TODO
 * @Author lazysnail
 * @Date 2025/6/23 13:42
 * @Version 1.0
 */
public class Day26Demo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("懒惰");
        list.add("蜗牛");
        list.add("Java");

        for (String str : list) {
            if ("懒惰".equals(str)) {
                list.remove(str);
            }
        }
    }
}

在调用list.remove()的时候，ArrayList的内部结构发生了变化（元素数量、索引等），但迭代器Iterator并不知道这个变化。

当迭代器继续下一次next()操作时，它会发现"账对不上了"，然后马上就抛出ConcurrentModificationException（并发修改异常）来防止后面可能发生更严重的数据错乱问题。

推荐的遍历删除方式就是使用迭代器的remove()方法：

java 复制代码

Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String str = iterator.next();
            if ("懒惰".equals(str)) {
                iterator.remove();
            }
        }

iterator.remove()会通知集合本次修改，确保数据的一致性，因此是唯一推荐在遍历时修改集合的方式。

在实际开发中，必须使用迭代器的remove()或removeIf来保证代码的健壮性和可维护性。

结语

今天，我们算是开始了一个Java新板块的学习。

我们了解了Java集合框架是什么、它的宏观架构，了解了根接口Collection所定义的通用能力。

然后聊了一下迭代器和ConcurrentModificationException。

接下来我们会看一下集合框架下的一些具体实现。

下一篇预告

Day27 | List接口详解

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