一、Java容器类的整体架构

Java容器类主要位于java.util包下，核心分为两大体系，目的是解决不同的数据储存需求

体系	核心接口	存储特点
集合（Collection）	Collection	储存单个元素的集合
映射（Map）	Map	存储键值对（Key-Value）

注意：Map并不继承Collection接口，是独立的顶级接口，但是通常和Collection一起被归为“容器类”。

二、核心接口与实现类详解

1. Collection 体系

（1）List：有序、可重复、有索引

• 核心特性：元素按插入顺序排列，允许重复元素，支持通过索引（下标）访问。
• 常用实现类：
  • ArrayList：
    • 底层：动态数组（数组扩容）。
    • 特点：查询快（直接通过索引定位）、增删慢（需要移动元素）、非线程安全、效率高。
    • 适用场景：频繁查询、少量增删的场景（如数据展示列表）。
  • LinkedList：
    • 底层：双向链表。
    • 特点：查询慢（需要遍历链表）、增删快（仅需修改节点引用）、非线程安全。
    • 适用场景：频繁增删、少量查询的场景（如队列 / 栈实现）。
  • Vector：
    • 底层：动态数组（与 ArrayList 类似）。
    • 特点：线程安全（方法加了synchronized）、效率低（已被淘汰，推荐用CopyOnWriteArrayList替代）。

（2）Set：无序、不可重复、无索引

• 核心特性：元素无序（存储顺序≠插入顺序），不允许重复元素，无索引（不能通过下标访问）。
• 常用实现类：
  • HashSet：
    • 底层：哈希表（HashMap 的键）。
    • 特点：保证元素唯一（依赖hashCode()和equals()）、查询 / 增删效率高、非线程安全、无序。
    • 适用场景：快速去重、无需排序的场景。
  • LinkedHashSet：
    • 底层：哈希表 + 双向链表。
    • 特点：继承 HashSet，额外维护插入顺序，有序且唯一。
  • TreeSet：
    • 底层：红黑树（TreeMap 的键）。
    • 特点：元素自动排序（自然排序或自定义 Comparator）、唯一、查询 / 增删效率中等。

（3）Queue：队列（先进先出 FIFO）

• 核心特性：模拟队列结构，专注于元素的入队 / 出队操作。
• 常用实现类：
  • LinkedList：实现了 Queue 接口，常用作非线程安全的队列。
  • ArrayDeque：基于数组的双端队列（Deque），效率比 LinkedList 高，支持首尾增删。
  • PriorityQueue：优先级队列，元素按优先级排序（而非插入顺序）。
  • ConcurrentLinkedQueue：线程安全的无界队列（适用于高并发）。

2. Map 体系

• 核心特性：存储键值对（Key-Value），Key 唯一（重复 Key 会覆盖 Value），Value 可重复。
• 常用实现类：
  • HashMap：
    • 底层：哈希表（数组 + 链表 / 红黑树，JDK8 后优化）。
    • 特点：无序、Key 唯一、非线程安全、效率高（允许 Key/Value 为 null）。
    • 适用场景：绝大多数键值对存储场景（如缓存）。
  • LinkedHashMap：
    • 底层：哈希表 + 双向链表。
    • 特点：继承 HashMap，维护插入顺序或访问顺序，有序且 Key 唯一。
  • TreeMap：
    • 底层：红黑树。
    • 特点：Key 自动排序（自然排序 / 自定义 Comparator）、唯一、无 null Key。
  • Hashtable：
    • 底层：哈希表。
    • 特点：线程安全（方法加 synchronized）、效率低、不允许 Key/Value 为 null（已被淘汰，推荐用ConcurrentHashMap）。
  • ConcurrentHashMap：
    • 底层：分段哈希表（JDK7）/CAS + 同步块（JDK8）。
    • 特点：线程安全、高并发下效率远高于 Hashtable，支持 null Value（Key 不可为 null）。

三、线程安全的容器类

日常开发中，上述大部分容器（如 ArrayList、HashMap）是非线程安全的，多线程环境下需使用线程安全的替代类：

1. 直接包装：通过Collections.synchronizedXxx()方法（如Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())），但效率较低。
2. 专用实现类：
   • List：CopyOnWriteArrayList（写时复制，适合读多写少）。
   • Set：CopyOnWriteArraySet。
   • Map：ConcurrentHashMap（高并发首选）。
   • Queue：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue（阻塞队列，适用于生产者消费者模型）。

四、核心使用示例

1. ArrayList 基本使用

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        // 添加元素
        list.add("Java");
        list.add("Python");
        list.add("Java"); // 允许重复
        // 通过索引访问
        System.out.println(list.get(0)); // 输出：Java
        // 遍历
        for (String s : list) {
            System.out.println(s);
        }
        // 删除元素
        list.remove(1); // 删除索引1的元素（Python）
    }
}

2. HashMap 基本使用

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

public class MapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
        // 添加键值对
        map.put("张三", 20);
        map.put("李四", 25);
        map.put("张三", 21); // 重复Key，覆盖Value
        // 获取Value
        System.out.println(map.get("张三")); // 输出：21
        // 遍历键值对
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
        }
    }
}