Java 中常用的数据结构实现类主要集中在 java.util 包下，基于 Collection 和 Map 两大核心接口展开，不同实现类在底层结构、线程安全性、增删改查效率上有显著差异，以下从核心分类、底层原理、适用场景等角度进行全面梳理。
一、 线性表相关实现类
线性表是最基础的有序数据结构，元素按顺序存储，支持按索引访问，核心实现类包括 ArrayList 、 LinkedList 和 Vector 。
- ArrayList
底层基于动态扩容的 Object 数组实现，默认初始容量为 10，当元素数量达到容量上限时，会按照 1.5 倍的比例扩容（创建新数组并拷贝原数组元素）。它的优势在于随机访问效率高（通过索引直接定位，时间复杂度 O(1)），但在数组头部或中间插入、删除元素时效率较低（需要移动后续元素，时间复杂度 O(n)）。 ArrayList 是非线程安全的，适合读多写少、需要频繁随机访问的场景。
- LinkedList
底层基于双向链表实现，每个节点包含前驱节点引用、后继节点引用和元素值，不存在扩容问题。它的优势在于头尾插入、删除效率高（无需移动元素，时间复杂度 O(1)），但随机访问效率低（需要从表头或表尾遍历到目标索引，时间复杂度 O(n)）。 LinkedList 同时实现了 Deque 接口，可作为栈、队列或双端队列使用，同样是非线程安全的，适合频繁在首尾操作元素的场景。
- Vector
底层同样基于动态扩容的 Object 数组实现，与 ArrayList 原理类似，但它是线程安全的------其核心方法（如 add 、 get ）都使用 synchronized 关键字修饰。不过， Vector 的扩容比例是 2 倍，且由于锁的粒度较粗，并发效率较低，现在已逐渐被 CopyOnWriteArrayList 替代，仅在遗留代码中常见。
二、 集合相关实现类
集合的核心特性是元素不重复，底层依赖哈希表或红黑树实现，核心实现类包括 HashSet 、 LinkedHashSet 和 TreeSet 。
- HashSet
底层基于 HashMap 实现（利用 HashMap 的 key 存储元素，value 固定为一个静态空对象），元素的存储顺序不保证有序，取决于元素的哈希值和数组长度。它的增删查效率都很高（时间复杂度 O(1)），但需要元素正确重写 hashCode() 和 equals() 方法------否则会导致重复元素无法被正确识别。 HashSet 是非线程安全的，适合不需要有序存储、追求高效存取的去重场景。
- LinkedHashSet
底层基于 LinkedHashMap 实现，在 HashMap 的基础上维护了一个双向链表，用于记录元素的插入顺序。因此它既具备 HashSet 的高效存取特性，又能保证元素按插入顺序遍历，同样需要元素重写 hashCode() 和 equals() 方法，非线程安全，适合需要有序去重的场景。
- TreeSet
底层基于 TreeMap 实现（利用 TreeMap 的 key 存储元素），底层数据结构为红黑树，能够自动对元素进行升序排序（默认按自然顺序，也可通过构造方法传入 Comparator 自定义排序规则）。它的增删查效率为 O(log n)，元素必须实现 Comparable 接口（或自定义比较器），否则会抛出 ClassCastException 。 TreeSet 是非线程安全的，适合需要有序存储且支持范围查询的去重场景。
三、 映射相关实现类
映射（键值对结构）的核心是键唯一，值可重复，核心实现类包括 HashMap 、 LinkedHashMap 、 TreeMap 和 Hashtable 。
- HashMap
底层在 JDK 1.8 后采用 "数组 + 链表 + 红黑树" 的混合结构：数组是主体，当链表长度超过阈值（默认 8）且数组长度大于等于 64 时，链表会转为红黑树，以提升查询效率。它的键不保证有序，允许键和值为 null （但键只能有一个 null ），增删查效率为 O(1)。 HashMap 是非线程安全的，是日常开发中最常用的映射实现类，适合追求高效存取、不要求有序的键值对场景。
- LinkedHashMap
继承自 HashMap ，底层在 HashMap 结构基础上维护了一个双向链表，用于记录键值对的插入顺序或访问顺序（通过构造方法的 accessOrder 参数控制）。它的存取效率略低于 HashMap，但能保证遍历顺序，允许键和值为 null ，非线程安全，适合需要按插入/访问顺序遍历键值对的场景。
- TreeMap
底层基于红黑树实现，键会自动按自然顺序或自定义比较器顺序排序，不允许键为 null （否则会抛出 NullPointerException ），值可以为 null 。它支持范围查询（如 subMap 、 headMap 方法），增删查效率为 O(log n)，键必须实现 Comparable 接口或传入自定义 Comparator ，非线程安全，适合需要有序键值对且支持范围操作的场景。
- Hashtable
底层基于哈希表实现，是一个古老的映射实现类，线程安全（方法使用 synchronized 修饰），但不允许键和值为 null ，扩容比例为 2 倍，并发效率较低。现在已被 ConcurrentHashMap 替代，仅在遗留代码中可见。
- ConcurrentHashMap
是 HashMap 的线程安全版本，底层在 JDK 1.8 后采用 "数组 + 链表 + 红黑树" 结构，通过 CAS 操作 + synchronized 分段锁 实现线程安全，锁的粒度更细，并发效率远高于 Hashtable 和 Vector 。它不允许键为 null ，适合高并发场景下的键值对存储。
四、 队列/双端队列相关实现类
队列遵循 FIFO（先进先出） 原则，双端队列支持头尾两端操作，核心实现类包括 ArrayDeque 、 LinkedList 和 PriorityQueue 。
- ArrayDeque
底层基于动态扩容的循环数组实现，是双端队列的高效实现，不允许存储 null 元素。它的头尾插入、删除效率为 O(1)，随机访问效率高，非线程安全，可作为栈（比 Stack 高效）或队列使用，适合频繁首尾操作的场景。
- LinkedList
作为双端队列时，底层双向链表结构支持头尾元素的快速操作，允许存储 null 元素，非线程安全，适合需要灵活操作首尾元素的场景。
- PriorityQueue
底层基于优先堆（小顶堆）实现，队列中的元素会自动按自然顺序或自定义比较器排序，不允许存储 null 元素，非线程安全。它的出队操作会返回优先级最高的元素，适合需要按优先级处理任务的场景。