深入理解Java Collections框架

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Java Collections框架是Java标准库的重要组成部分，它提供了一套用于存储和操作数据的通用算法和数据结构。无论是处理简单的列表还是复杂的映射，Java Collections框架都能帮助开发者高效地管理数据。本篇博客将详细介绍Java Collections框架的基础知识、核心接口和类、常用集合以及示例代码，帮助新人快速掌握这一强大工具。

一、什么是Java Collections框架

Java Collections框架是一个API集合，提供了多种数据结构（如List、Set和Map）和算法（如排序和搜索），用于存储和操作对象。它主要由以下几部分组成：

接口（Interfaces）：表示不同类型的集合，如List、Set和Map。
实现（Implementations）：这些是接口的具体实现类，如ArrayList、HashSet和HashMap。
算法（Algorithms）：这些是可以应用于集合的通用算法，如排序、搜索和混排。

二、核心接口

Java Collections框架中的核心接口包括以下几个：

Collection：是所有集合类的根接口，包括基本操作如添加、删除和迭代。
List：是一个有序的集合，允许重复元素。常见实现有ArrayList和LinkedList。
Set：是一个不允许重复元素的集合。常见实现有HashSet和TreeSet。
Map：是一个键值对集合，允许键唯一，值可以重复。常见实现有HashMap和TreeMap。

三、常用集合类及其示例

1. ArrayList

ArrayList是一个可动态调整大小的数组实现的List。它提供了随机访问元素的能力，适合频繁查找而不是频繁插入和删除的情况。

import java.util.ArrayList;

public class ArrayListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个ArrayList并添加一些元素
        ArrayList<String> fruits = new ArrayList<>();
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Orange");

        // 迭代并打印所有元素
        for (String fruit : fruits) {
            System.out.println(fruit);
        }

        // 获取一个元素
        System.out.println("First fruit: " + fruits.get(0));

        // 移除一个元素
        fruits.remove("Banana");
        System.out.println("After removal: " + fruits);
    }
}

2. LinkedList

LinkedList是一个双向链表实现的List。它适合频繁插入和删除操作，但随机访问的性能不如ArrayList。

import java.util.LinkedList;

public class LinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个LinkedList并添加一些元素
        LinkedList<String> fruits = new LinkedList<>();
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Orange");

        // 迭代并打印所有元素
        for (String fruit : fruits) {
            System.out.println(fruit);
        }

        // 获取第一个和最后一个元素
        System.out.println("First fruit: " + fruits.getFirst());
        System.out.println("Last fruit: " + fruits.getLast());

        // 移除第一个和最后一个元素
        fruits.removeFirst();
        fruits.removeLast();
        System.out.println("After removal: " + fruits);
    }
}

3. HashSet

HashSet是一个基于哈希表实现的Set，不允许重复元素。它适合查找速度快的场景，但不保证集合的迭代顺序。

import java.util.HashSet;

public class HashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个HashSet并添加一些元素
        HashSet<String> fruits = new HashSet<>();
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Orange");
        fruits.add("Apple"); // 重复元素不会被添加

        // 迭代并打印所有元素
        for (String fruit : fruits) {
            System.out.println(fruit);
        }

        // 检查集合是否包含某个元素
        System.out.println("Contains Banana: " + fruits.contains("Banana"));

        // 移除一个元素
        fruits.remove("Banana");
        System.out.println("After removal: " + fruits);
    }
}

4. TreeSet

TreeSet是一个基于红黑树实现的Set，不允许重复元素，并且存储元素是有序的。

import java.util.TreeSet;

public class TreeSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个TreeSet并添加一些元素
        TreeSet<String> fruits = new TreeSet<>();
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Orange");
        fruits.add("Apple"); // 重复元素不会被添加

        // 迭代并打印所有元素（有序）
        for (String fruit : fruits) {
            System.out.println(fruit);
        }

        // 获取第一个和最后一个元素
        System.out.println("First fruit: " + fruits.first());
        System.out.println("Last fruit: " + fruits.last());

        // 移除一个元素
        fruits.remove("Banana");
        System.out.println("After removal: " + fruits);
    }
}

5. HashMap

HashMap是一个基于哈希表实现的Map，用于存储键值对。它提供了快速插入、查找和删除操作。

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class HashMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个HashMap并添加一些键值对
        HashMap<String, Integer> fruitPrices = new HashMap<>();
        fruitPrices.put("Apple", 3);
        fruitPrices.put("Banana", 1);
        fruitPrices.put("Orange", 2);

        // 迭代并打印所有键值对
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : fruitPrices.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
        }

        // 获取一个值
        System.out.println("Price of Apple: " + fruitPrices.get("Apple"));

        // 移除一个键值对
        fruitPrices.remove("Banana");
        System.out.println("After removal: " + fruitPrices);
    }
}

6. TreeMap

TreeMap是一个基于红黑树实现的Map，键值对存储是有序的。

import java.util.TreeMap;
import java.util.Map;

public class TreeMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个TreeMap并添加一些键值对
        TreeMap<String, Integer> fruitPrices = new TreeMap<>();
        fruitPrices.put("Apple", 3);
        fruitPrices.put("Banana", 1);
        fruitPrices.put("Orange", 2);

        // 迭代并打印所有键值对（有序）
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : fruitPrices.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
        }

        // 获取第一个和最后一个键值对
        System.out.println("First entry: " + fruitPrices.firstEntry());
        System.out.println("Last entry: " + fruitPrices.lastEntry());

        // 移除一个键值对
        fruitPrices.remove("Banana");
        System.out.println("After removal: " + fruitPrices);
    }
}

四、常用操作和算法

Java Collections框架还提供了一些通用的操作和算法，如排序、搜索和混排。下面是一些常见的操作示例：

1. 排序

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;

public class SortDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> fruits = new ArrayList<>();
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Orange");

        // 排序
        Collections.sort(fruits);
        System.out.println("Sorted list: " + fruits);

        // 逆序排序
        Collections.sort(fruits, Collections.reverseOrder());
        System.out.println("Reverse sorted list: " + fruits);
    }
}

2. 搜索

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;

public class SearchDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> fruits = new ArrayList<>();
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Orange");

        // 排序后才能使用二分搜索
        Collections.sort(fruits);
        int index = Collections.binarySearch(fruits, "Apple");
        System.out.println("Index of Apple: " + index);
    }
}

3. 混排

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;

public class ShuffleDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> fruits = new ArrayList<>();
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Orange");

        // 混排
        Collections.shuffle(fruits);
        System.out.println("Shuffled list: " + fruits);
    }
}

五、总结

Java Collections框架是一个功能强大且灵活的工具，可以帮助开发者高效地管理和操作数据。通过理解核心接口和常用集合类，以及掌握常见操作和算法，新手可以快速上手并有效利用这一框架进行开发。希望本篇博客对你理解Java Collections框架有所帮助！

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From： https://blog.csdn.net/weixin_53840353/article/details/139402629