Java集合框架（Java Collections Framework，JCF）是Java语言中用于存储和操作数据集合的一个标准化工具包。它提供了一组接口和类，用于处理不同类型的集合，如列表（List）、集合（Set）和映射（Map）等。这些集合接口和类在java.util包中定义，极大地方便了数据的管理和操作。
一、集合框架概述
Java集合框架的核心接口包括：
- Collection：最基本的集合接口，其他接口如List、Set都继承自这个接口。
- List：有序集合，允许重复元素。
- Set：不允许重复元素的集合。
- Map：键值对映射，不允许键重复。
除了这些核心接口，集合框架还提供了一些有用的工具类，如Collections和Arrays等，用于对集合进行操作（如排序、搜索等）。
二、List接口及其实现类
List是一个有序集合，允许重复元素。List接口定义了一些方法来操作集合中的元素，例如获取、插入、删除元素等。常见的实现类有ArrayList、LinkedList和Vector等。
1. ArrayList
ArrayList是一个基于动态数组实现的List类。它具有以下特点：
- 动态扩展：当添加元素超过当前数组容量时，会自动扩展容量。
- 随机访问：支持快速的随机访问，因为底层是数组。
示例代码：
import java.util.ArrayList;
public class ArrayListDemo {
public static void main(String[] args) {
ArrayList list = new ArrayList();
list.add("apple");
list.add("banana");
list.add("cherry");
// 遍历
for (String fruit : list) {
System.out.println(fruit);
}
// 获取元素
System.out.println("Element at index 1: " + list.get(1));
// 删除元素
list.remove("banana");
System.out.println("After removal: " + list);
}
}
2. LinkedList
LinkedList是一个基于双向链表实现的List类。它具有以下特点：
- 双向链表：每个节点包含一个数据元素和两个指针，分别指向前一个和后一个节点。
- 快速插入和删除：在链表的任意位置插入和删除元素时效率较高。
示例代码：
import java.util.LinkedList;
public class LinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
LinkedList list = new LinkedList();
list.add("apple");
list.add("banana");
list.add("cherry");
// 遍历
for (String fruit : list) {
System.out.println(fruit);
}
// 获取元素
System.out.println("First element: " + list.getFirst());
// 删除元素
list.removeFirst();
System.out.println("After removal: " + list);
}
}
3. Vector
Vector是一个线程安全的动态数组实现。虽然现在不常用，但在需要线程安全的情况下仍然有其应用价值。
示例代码：
import java.util.Vector;
public class VectorDemo {
public static void main(String[] args) {
Vector vector = new Vector();
vector.add("apple");
vector.add("banana");
vector.add("cherry");
// 遍历
for (String fruit : vector) {
System.out.println(fruit);
}
// 获取元素
System.out.println("Element at index 1: " + vector.get(1));
// 删除元素
vector.remove("banana");
System.out.println("After removal: " + vector);
}
}
三、Set接口及其实现类
Set接口表示一个不允许重复元素的集合。常见的实现类有HashSet、LinkedHashSet和TreeSet等。
1. HashSet
HashSet是基于哈希表实现的Set类。它具有以下特点：
- 无序存储：元素存储是无序的。
- 快速查找：基于哈希表，查找、插入和删除操作效率较高。
示例代码：
import java.util.HashSet;
public class HashSetDemo {
public static void main(String[] args) {
HashSet set = new HashSet();
set.add("apple");
set.add("banana");
set.add("cherry");
// 遍历
for (String fruit : set) {
System.out.println(fruit);
}
// 检查是否包含元素
System.out.println("Contains apple: " + set.contains("apple"));
// 删除元素
set.remove("banana");
System.out.println("After removal: " + set);
}
}
2. LinkedHashSet
LinkedHashSet是HashSet的子类，具有以下特点：
- 有序存储：维护元素插入顺序。
- 快速查找：基于哈希表实现。
示例代码：
import java.util.LinkedHashSet;
public class LinkedHashSetDemo {
public static void main(String[] args) {
LinkedHashSet set = new LinkedHashSet();
set.add("apple");
set.add("banana");
set.add("cherry");
// 遍历
for (String fruit : set) {
System.out.println(fruit);
}
// 检查是否包含元素
System.out.println("Contains apple: " + set.contains("apple"));
// 删除元素
set.remove("banana");
System.out.println("After removal: " + set);
}
}
3. TreeSet
TreeSet是基于红黑树实现的Set类，具有以下特点：
- 有序存储：元素按照自然顺序排序，或根据提供的比较器排序。
- 快速查找：基于红黑树，查找、插入和删除操作效率较高。
示例代码：
import java.util.TreeSet;
public class TreeSetDemo {
public static void main(String[] args) {
TreeSet set = new TreeSet();
set.add("apple");
set.add("banana");
set.add("cherry");
// 遍历
for (String fruit : set) {
System.out.println(fruit);
}
// 检查是否包含元素
System.out.println("Contains apple: " + set.contains("apple"));
// 删除元素
set.remove("banana");
System.out.println("After removal: " + set);
}
}
四、Map接口及其实现类
Map接口表示一个键值对映射，不允许键重复。常见的实现类有HashMap、LinkedHashMap和TreeMap等。
1. HashMap
HashMap是基于哈希表实现的Map类。它具有以下特点：
- 无序存储：键值对存储是无序的。
- 快速查找：基于哈希表，查找、插入和删除操作效率较高。
示例代码：
import java.util.HashMap;
public class HashMapDemo {
public static void main(String[] args) {
HashMap map = new HashMap();
map.put("apple", 1);
map.put("banana", 2);
map.put("cherry", 3);
// 遍历
for (String key : map.keySet()) {
System.out.println(key + ": " + map.get(key));
}
// 获取元素
System.out.println("Value for key 'apple': " + map.get("apple"));
// 删除元素
map.remove("banana");
System.out.println("After removal: " + map);
}
}
2. LinkedHashMap
LinkedHashMap是HashMap的子类，具有以下特点：
- 有序存储：维护键值对的插入顺序。
- 快速查找：基于哈希表实现。
示例代码：
import java.util.LinkedHashMap;
public class LinkedHashMapDemo {
public static void main(String[] args) {
LinkedHashMap map = new LinkedHashMap();
map.put("apple", 1);
map.put("banana", 2);
map.put("cherry", 3);
// 遍历
for (String key : map.keySet()) {
System.out.println(key + ": " + map.get(key));
}
// 获取元素
System.out.println("Value for key 'apple': " + map.get("apple"));
// 删除元素
map.remove("banana");
System.out.println("After removal: " + map);
}
}
3. TreeMap
TreeMap是基于红黑树实现的Map类，具有以下特点：
- 有序存储：键值对按照键的自然顺序排序，或根据提供的比较器排序。
- 快速查找：基于红黑树，查找、插入和删除操作效率较高。
示例代码：
import java.util.TreeMap;
public class TreeMapDemo {
public static void main(String[] args) {
TreeMap map = new TreeMap();
map.put("apple", 1);
map.put("banana", 2);
map.put("cherry", 3);
// 遍历
for (String key : map.keySet()) {
System.out.println(key + ": " + map.get(key));
}
// 获取元素
System.out.println("Value for key 'apple': " + map.get("apple"));
// 删除元素
map.remove("banana");
System.out.println("After removal: " + map);
}
}
Java集合框架提供了一套强大而灵活的工具，用于处理各种数据集合。
List接口及其实现类（如ArrayList、LinkedList和Vector）适用于需要有序存储和快速随机访问的场景。
Set接口及其实现类（如HashSet、LinkedHashSet和TreeSet）适用于需要保证元素唯一性的场景。
Map接口及其实现类（如HashMap、LinkedHashMap和TreeMap）适用于需要键值对存储和快速查找的场景。
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