⭐ 题目日期：

美团 - 2024/12/23

📝 题解：

Java 集合体系与继承关系详解

Java 集合框架（Java Collections Framework，JCF）是Java中用于存储和操作数据组的核心工具，包含丰富的接口和实现类。其核心分为 单列集合（Collection） 和 键值对集合（Map） 两大分支，以下是完整的体系结构和继承关系：

一、Collection 接口（单列集合）

存储单个元素，分为三大子接口：List、Set、Queue。

1. List 接口（有序，可重复）

• 特点：元素按插入顺序排列，允许重复。 • 实现类： • ArrayList：基于动态数组，查询快（O(1)），增删慢（需移动元素）。 • LinkedList：基于双向链表，增删快（O(1)），查询慢（O(n)）。 • Vector（过时）：线程安全的动态数组，性能差，建议用 Collections.synchronizedList 或 CopyOnWriteArrayList 替代。 • Stack（过时）：继承自 Vector，实现栈结构（LIFO）。

2. Set 接口（无序，不可重复）

• 特点：元素唯一，不保证顺序。 • 实现类： • HashSet：基于哈希表，插入/查询快（O(1)），无序。 • LinkedHashSet：在 HashSet 基础上维护插入顺序的双向链表。 • TreeSet：基于红黑树，元素按自然顺序或自定义比较器排序（O(log n)）。

3. Queue 接口（队列）

• 特点：先进先出（FIFO）或其他特定顺序。 • 实现类： • LinkedList：同时实现 Deque（双端队列），支持两端操作。 • PriorityQueue：基于堆的优先级队列，元素按优先级排序。 • ArrayDeque：基于循环数组的双端队列，高效实现栈和队列。

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二、Map 接口（键值对集合）

存储键值对（Key-Value），键唯一，值可重复。

1. 非线程安全实现

• HashMap：基于哈希表，允许 null 键/值，无序。 • LinkedHashMap：在 HashMap 基础上维护插入顺序或访问顺序（LRU缓存）。 • TreeMap：基于红黑树，键按自然顺序或自定义比较器排序（O(log n)）。 • IdentityHashMap：使用 == 比较键的哈希表，适用于特殊场景。 • WeakHashMap：键为弱引用，GC回收键时自动删除条目（适合缓存）。

2. 线程安全实现

• Hashtable（过时）：线程安全的哈希表，性能差，建议用 ConcurrentHashMap 替代。 • ConcurrentHashMap：分段锁（JDK7）或 CAS + synchronized（JDK8+）实现高并发。 • ConcurrentSkipListMap：基于跳表，支持并发有序访问。

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三、工具类与扩展集合

1. 工具类

• Collections：提供集合排序、同步化、不可变包装等方法。 • synchronizedList(List<T> list)：将集合转为线程安全版本。 • unmodifiableList(List<? extends T> list)：返回不可变集合。

2. 并发集合（java.util.concurrent）

• CopyOnWriteArrayList：写时复制的线程安全 List，适合读多写少场景。 • BlockingQueue：阻塞队列接口，实现类包括 ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue 等。 • ConcurrentLinkedQueue：基于 CAS 的无界非阻塞队列。

3. 其他特殊集合

• EnumSet：专为枚举类型设计的高效集合。 • BitSet：位向量，用于高效存储布尔值数组。

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四、继承关系与实现层次

Collection 接口继承树

Collection
├── List
│   ├── ArrayList
│   ├── LinkedList
│   └── Vector → Stack
├── Set
│   ├── HashSet → LinkedHashSet
│   └── TreeSet
└── Queue
    ├── LinkedList
    ├── PriorityQueue
    └── Deque → ArrayDeque

Map 接口继承树

Map
├── HashMap → LinkedHashMap
├── TreeMap
├── WeakHashMap
├── IdentityHashMap
├── Hashtable
└── ConcurrentHashMap

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五、核心区别与适用场景

集合类型	底层实现	特点	适用场景
ArrayList	动态数组	查询快，增删慢	频繁随机访问，数据量稳定
LinkedList	双向链表	增删快，查询慢	频繁插入/删除，实现栈/队列
HashSet	哈希表	无序，去重	快速判断元素是否存在
TreeSet	红黑树	有序，去重	需要排序或范围查询
HashMap	哈希表	高效查询，允许 null 键/值	大多数键值对存储场景
ConcurrentHashMap	分段锁/CAS	高并发安全	多线程环境下的键值存储

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六、总结

• List：有序可重复，按索引访问，根据增删/查询频率选择 ArrayList 或 LinkedList。 • Set：无序唯一，根据排序需求选择 HashSet（无序）或 TreeSet（有序）。 • Map：键值对存储，优先用 HashMap，高并发场景用 ConcurrentHashMap。 • 线程安全：避免使用 Vector/Hashtable，优先选择并发包中的集合类。

理解集合体系的设计思想和性能特点，能帮助开发者针对不同场景选择最优解决方案。