集合框架概述：让数据操作更高效、更灵活！

全文目录：

- 开篇语
- - 前言
  - - [20.1 Collection 接口体系结构](#20.1 Collection 接口体系结构)
    - [20.2 List、Set、Queue 接口特点](#20.2 List、Set、Queue 接口特点)
    - - [20.2.1 List 接口](#20.2.1 List 接口)
      - [20.2.2 Set 接口](#20.2.2 Set 接口)
      - [20.2.3 Queue 接口](#20.2.3 Queue 接口)
    - [20.3 Map 接口体系](#20.3 Map 接口体系)
    - [20.4 集合框架的设计模式](#20.4 集合框架的设计模式)
    - - [20.4.1 迭代器模式（Iterator Pattern）](#20.4.1 迭代器模式（Iterator Pattern）)
      - [20.4.2 单例模式（Singleton Pattern）](#20.4.2 单例模式（Singleton Pattern）)
      - [20.4.3 装饰器模式（Decorator Pattern）](#20.4.3 装饰器模式（Decorator Pattern）)
      - [20.4.4 工厂模式（Factory Pattern）](#20.4.4 工厂模式（Factory Pattern）)
  - 小结
- 文末

开篇语

哈喽，各位小伙伴们，你们好呀，我是喵手。运营社区：C站/掘金/腾讯云/阿里云/华为云/51CTO；欢迎大家常来逛逛

今天我要给大家分享一些自己日常学习到的一些知识点，并以文字的形式跟大家一起交流，互相学习，一个人虽可以走的更快，但一群人可以走的更远。

我是一名后端开发爱好者，工作日常接触到最多的就是Java语言啦，所以我都尽量抽业余时间把自己所学到所会的，通过文章的形式进行输出，希望以这种方式帮助到更多的初学者或者想入门的小伙伴们，同时也能对自己的技术进行沉淀，加以复盘，查缺补漏。

小伙伴们在批阅的过程中，如果觉得文章不错，欢迎点赞、收藏、关注哦。三连即是对作者我写作道路上最好的鼓励与支持！

前言

在 Java 中，集合框架是一个非常重要的部分，它提供了存储、处理数据的高效工具。在日常开发中，我们往往需要操作大量的数据，而集合框架为我们提供了丰富的接口和实现类，帮助我们管理这些数据。无论是存储一组对象，还是按特定规则排序和访问数据，集合框架都能轻松应对。

本文将深入探讨 Java 集合框架的各个组成部分，了解它们如何协同工作，帮助我们处理不同的应用场景。

20.1 Collection 接口体系结构

Java 集合框架的核心是 Collection 接口，它是所有集合类的根接口。Collection 接口定义了常见的集合操作，如添加、删除、检查是否包含某个元素等。所有具体的集合类（如 List 、Set 、Queue ）都继承自 Collection 接口，因此它们具备了一些共同的方法。

java 复制代码

// Collection 接口中的常用方法
boolean add(E e);           // 添加元素
boolean remove(Object o);   // 移除元素
boolean contains(Object o); // 检查是否包含某个元素
int size();                 // 获取集合的大小
void clear();               // 清空集合

除了 Collection 接口，Java 集合框架还包含了 Map 接口，它并不直接继承自 Collection 接口，但它是集合框架的一部分。Map 用于存储键值对的数据结构，如 HashMap 和 TreeMap。

20.2 List、Set、Queue 接口特点

Java 集合框架中的 List 、Set 和 Queue 接口是 Collection 接口的三个子接口。它们各自有不同的特点和用途，适用于不同的场景。

20.2.1 List 接口

List 接口是一个有序的集合，允许元素重复，并且提供了基于索引的访问方式。常用的实现类有 ArrayList 和 LinkedList。List 的特点包括：

有序性：List 中的元素按插入顺序排列，可以通过索引访问。
允许重复：List 允许存储重复的元素。

java 复制代码

import java.util.*;

public class ListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Apple");
        list.add("Banana");
        list.add("Apple"); // List 允许重复元素

        System.out.println(list.get(1));  // 输出：Banana
        System.out.println(list);         // 输出：[Apple, Banana, Apple]
    }
}

20.2.2 Set 接口

Set 接口是一个不允许重复的集合。Set 中的元素无序，因此不能通过索引访问。常用的实现类有 HashSet 和 TreeSet。Set 的特点包括：

无序性：Set 不保证元素的顺序。
不允许重复：Set 不允许存储重复的元素。

java 复制代码

import java.util.*;

public class SetExample {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> set = new HashSet<>();
        set.add("Apple");
        set.add("Banana");
        set.add("Apple");  // Set 不允许重复元素

        System.out.println(set);  // 输出：[Apple, Banana]，元素顺序不固定
    }
}

20.2.3 Queue 接口

Queue 接口用于存储等待处理的元素，通常用于实现数据结构如队列（FIFO）。常见的实现类有 LinkedList 和 PriorityQueue。Queue 的特点包括：

队列的特点：元素的处理顺序通常是先进先出（FIFO）。
队列操作 ：常见的操作有入队（add()）、出队（poll()）和查看队头元素（peek()）。

java 复制代码

import java.util.*;

public class QueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        Queue<String> queue = new LinkedList<>();
        queue.add("Apple");
        queue.add("Banana");
        queue.add("Cherry");

        System.out.println(queue.poll());  // 输出：Apple，队头元素被移除
        System.out.println(queue.peek());  // 输出：Banana，查看队头元素
    }
}

20.3 Map 接口体系

Map 接口是一个用于存储键值对（key-value）的集合，不像其他集合那样存储单一的元素。Map 的常见实现类有 HashMap 、TreeMap 和 LinkedHashMap。Map 的特点包括：

键值对：每个元素由一个键（key）和一个值（value）组成。
不允许重复的键：在一个 Map 中，键是唯一的，而值可以重复。
无序性 ：Map 的元素通常是无序的，但一些实现（如 LinkedHashMap）保证了插入顺序。

java 复制代码

import java.util.*;

public class MapExample {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> map = new HashMap<>();
        map.put("Apple", "Green");
        map.put("Banana", "Yellow");
        map.put("Cherry", "Red");

        System.out.println(map.get("Banana"));  // 输出：Yellow
        System.out.println(map);                // 输出：{Apple=Green, Banana=Yellow, Cherry=Red}
    }
}

20.4 集合框架的设计模式

Java 集合框架的设计充分运用了几种常见的设计模式。理解这些设计模式有助于我们更好地理解集合框架的设计思想和实现机制。

20.4.1 迭代器模式（Iterator Pattern）

集合框架中的 Iterator（迭代器）模式允许我们以统一的方式遍历集合中的元素，无论集合的具体实现如何。这是一个行为型设计模式，提供了对集合中元素访问的标准接口。

java 复制代码

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");

Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

20.4.2 单例模式（Singleton Pattern）

集合框架中的一些类（如 Collections）采用了单例模式来确保某些工具类只被实例化一次。单例模式保证了某个类在 JVM 中只有一个实例，并提供了全局访问点。

java 复制代码

public class Singleton {
    private static final Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

20.4.3 装饰器模式（Decorator Pattern）

Collections 类通过装饰器模式为集合对象提供了额外的功能。例如，Collections.unmodifiableList() 可以返回一个不可修改的 List。

java 复制代码

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");

List<String> unmodifiableList = Collections.unmodifiableList(list);
unmodifiableList.add("Cherry");  // 会抛出 UnsupportedOperationException

20.4.4 工厂模式（Factory Pattern）

Java 集合框架中的 Collections 和 Arrays 类采用了工厂模式来创建各种集合对象，如 Collections.singletonList() 和 Arrays.asList()。

java 复制代码

List<String> list = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry");

小结

Java 集合框架通过提供丰富的接口和实现类，使得数据存储和操作变得更加高效和灵活。从 List 到 Set ，再到 Queue 和 Map ，每个接口和实现类都根据不同的需求提供了不同的功能。此外，集合框架中的设计模式如 迭代器模式 、单例模式 、装饰器模式 和 工厂模式，让整个框架更具扩展性和可维护性。

掌握集合框架的基础和设计模式，你将能够更加高效地处理各种数据结构，提高程序的性能与可扩展性。无论是数据排序、查找，还是队列管理，Java 集合框架都能够为你提供强大的支持。

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文末

好啦，以上就是我这期的全部内容，如果有任何疑问，欢迎下方留言哦，咱们下期见。

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学习不分先后，知识不分多少；事无巨细，当以虚心求教；三人行，必有我师焉！！！

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