Java 集合框架核心用法与实战技术笔记

一、集合框架核心组件概览

Java 集合框架（ java.util 包）核心分为三大接口+工具类体系，适配不同数据存储与操作场景：

• List：有序可重复，支持随机访问，主流实现包括基于数组的 ArrayList 和基于链表的 LinkedList 。
• Set：无序不可重复，支持快速去重，主流实现有哈希存储的 HashSet 、有序存储的 TreeSet 以及保留插入顺序的 LinkedHashSet 。
• Map：键值对（K-V）存储，Key 具有唯一性，主流实现包括哈希映射的 HashMap 、有序映射的 TreeMap 和保序的 LinkedHashMap 。
• 工具类： Collections 提供集合通用算法， Arrays 专注数组相关操作， Objects 处理对象空值校验等，均为简化集合操作的高频工具。

二、三大核心接口常用函数（高频场景版）

1. List 接口（有序可重复）

• add(E e) 和 add(int idx, E e) ：分别用于在列表尾部和指定位置添加元素，适配基础数据插入场景。
• get(int idx) ：通过索引获取元素，是 ArrayList 随机访问的核心优势功能。
• remove(int idx) 和 remove(Object o) ：分别按索引和元素本身删除数据，满足精准移除需求。
• sort(Comparator) ：支持自定义排序规则，比如按数值降序、对象字段排序等场景。
• subList(int from, int to) ：截取子列表（属于原列表的视图），常用于列表切片和区间数据处理。
• removeIf(Predicate) ：按条件批量删除元素，例如移除列表中所有偶数。
• indexOf(Object o) ：查找元素首次出现的索引，实现元素位置精准定位。

2. Set 接口（无序不可重复）

• add(E e) ：添加元素时自动去重，若元素已存在则返回 false，适用于去重存储场景。
• contains(Object o) ：判断元素是否存在， HashSet 中该操作效率为 O(1)，是高效存在性校验的首选。
• retainAll(Collection) ：保留集合与目标集合的交集元素，用于交集运算。
• removeAll(Collection) ：移除集合中属于目标集合的元素，实现差集运算。
• iterator() ：获取迭代器，支持安全遍历集合，避免并发修改异常。

3. Map 接口（K-V 映射）

• put(K k, V v) ：存入键值对，若 Key 已存在则覆盖对应 Value，是基础映射存储功能。
• getOrDefault(K k, V def) ：获取 Key 对应的 Value，若 Key 不存在则返回默认值，可避免空指针，适用于计数等场景。
• entrySet() ：获取所有键值对组成的 Set 集合，是高效遍历所有映射的核心方法。
• forEach(BiConsumer) ：通过 Lambda 表达式遍历键值对，大幅简化遍历代码。
• computeIfAbsent(K, Function) ：当 Key 不存在时自动创建对应的 Value，常用于分组场景（如字母异位词分组）。
• replaceAll(BiFunction) ：按指定规则批量替换所有 Value，实现映射值的批量更新。

三、高频实战场景代码模板

1. List 核心操作（去重、排序、过滤）

  
// 初始化与去重（保留原顺序）
List<Integer> numList = new ArrayList<>(Arrays.asList(5,2,8,2,9,1));
List<Integer> distinctList = new ArrayList<>(new LinkedHashSet<>(numList)); // 结果：[5,2,8,9,1]

// 排序（自然升序 + 自定义降序）
Collections.sort(numList); // 自然升序排序
numList.sort((a, b) -> b - a); // 自定义降序排序

// 条件过滤（移除偶数）
numList.removeIf(num -> num % 2 == 0);

// 子列表切片（左闭右开区间 [1,4)）
List<Integer> subList = numList.subList(1, 4);

2. Set 集合运算（交集、并集、差集）

  
Set<Integer> set1 = new HashSet<>(Arrays.asList(1,2,3,4));
Set<Integer> set2 = new HashSet<>(Arrays.asList(3,4,5,6));

// 并集：合并两个集合所有元素（自动去重）
Set<Integer> unionSet = new HashSet<>(set1);
unionSet.addAll(set2); // 结果：[1,2,3,4,5,6]

// 交集：保留两个集合共有的元素
Set<Integer> intersectSet = new HashSet<>(set1);
intersectSet.retainAll(set2); // 结果：[3,4]

// 差集：保留 set1 中有但 set2 中没有的元素
Set<Integer> diffSet = new HashSet<>(set1);
diffSet.removeAll(set2); // 结果：[1,2]

3. Map 实战（计数、分组、遍历）

  
// 1. 单词计数（利用 getOrDefault 避免空指针）
String[] words = {"apple", "banana", "apple", "orange", "banana", "apple"};
Map<String, Integer> countMap = new HashMap<>();
for (String word : words) {
    countMap.put(word, countMap.getOrDefault(word, 0) + 1);
}

// 2. 字母异位词分组（computeIfAbsent 自动创建空列表）
String[] strs = {"eat", "tea", "tan", "ate", "nat", "bat"};
Map<String, List<String>> groupMap = new HashMap<>();
for (String s : strs) {
    char[] chars = s.toCharArray();
    Arrays.sort(chars);
    String key = new String(chars);
    groupMap.computeIfAbsent(key, k -> new ArrayList<>()).add(s);
}

// 3. Lambda 表达式简化键值对遍历
countMap.forEach((key, value) -> System.out.println(key + ":" + value + "次"));

4. 工具类核心用法（Collections/Arrays）

  
// Collections 工具类：反转列表、查找最值
List<Integer> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(3,1,4,1,5));
Collections.reverse(list); // 反转列表元素顺序
int max = Collections.max(list); // 获取列表最大值
int min = Collections.min(list); // 获取列表最小值

// Arrays 工具类：数组排序、数组转 List、二分查找
int[] arr = {5,2,9,1};
Arrays.sort(arr); // 对数组进行升序排序
List<Integer> arrToList = new ArrayList<>(Arrays.asList(1,2,3)); // 数组转为可修改的 List
int idx = Arrays.binarySearch(arr, 5); // 二分查找元素（数组需先排序）

四、关键知识点与避坑指南

1. 泛型使用规范：集合泛型必须指定引用类型（如 Integer 而非 int ），否则会出现类型转换异常，影响程序稳定性。
2. List 子列表注意事项： subList 方法返回的是原列表的视图，而非新集合，修改子列表会同步影响原列表，需谨慎操作。
3. Set 去重原理：Set 的去重依赖元素的 equals() 和 hashCode() 方法，自定义对象若需实现去重，必须重写这两个方法。
4. Map Key 选择原则：Key 应选用不可变类型（如 String、Integer），若使用可变对象作为 Key，修改后可能导致无法正常查找对应的 Value。
5. 并发安全问题：默认集合（如 ArrayList、HashMap）均非线程安全，多线程并发场景需使用 java.util.concurrent 包下的类（如 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList）。
6. Lambda 简化技巧：JDK8+ 中， Comparator 、 Predicate 等接口可通过 Lambda 表达式简写，例如用 (a,b)->b-a 替代复杂的匿名内部类，精简代码。

五、总结

Java 集合框架的核心设计思路是"接口定义规范、实现类适配场景"，实战中需根据需求选择合适的实现类：去重选 HashSet、随机访问选 ArrayList、有序映射选 TreeMap。掌握 List/Set/Map 的高频函数与工具类用法，结合 Lambda 和 Stream 特性，可大幅提升代码编写效率。