Java集合中List、Set以及Map的概述

# Java集合中List、Set以及Map的概述

## 目錄
1. [Java集合框架簡介](#1-java集合框架簡介)
2. [List接口及實現類](#2-list接口及實現類)
   - 2.1 [ArrayList](#21-arraylist)
   - 2.2 [LinkedList](#22-linkedlist)
   - 2.3 [Vector](#23-vector)
3. [Set接口及實現類](#3-set接口及實現類)
   - 3.1 [HashSet](#31-hashset)
   - 3.2 [LinkedHashSet](#32-linkedhashset)
   - 3.3 [TreeSet](#33-treeset)
4. [Map接口及實現類](#4-map接口及實現類)
   - 4.1 [HashMap](#41-hashmap)
   - 4.2 [LinkedHashMap](#42-linkedhashmap)
   - 4.3 [TreeMap](#43-treemap)
   - 4.4 [Hashtable](#44-hashtable)
5. [性能對比與選型建議](#5-性能對比與選型建議)
6. [線程安全與并發集合](#6-線程安全與并發集合)
7. [總結](#7-總結)

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## 1. Java集合框架簡介

Java集合框架（Java Collections Framework，JCF）是為表示和操作集合而規定的一種統一體系結構，包含：
- **接口**：定義集合的抽象行為
- **實現**：接口的具體實現類
- **算法**：對集合進行操作的方法（如排序、搜索）

![Java集合框架類圖](https://example.com/collection-diagram.png)

主要分為兩大分支：
- **Collection**：存儲單一元素
  - List：有序可重復
  - Set：無序不可重復
- **Map**：存儲鍵值對

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## 2. List接口及實現類

### 2.1 ArrayList
```java
// 典型初始化方式
List<String> list = new ArrayList<>();

特點： - 基于動態數組實現 - 默認初始容量10，擴容1.5倍 - 隨機訪問效率高（O(1)） - 插入刪除效率低（需移動元素）

源碼分析：

// JDK 1.8擴容核心代碼
private void grow(int minCapacity) {
    int oldCapacity = elementData.length;
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

2.2 LinkedList

特點： - 基于雙向鏈表實現 - 插入刪除效率高（O(1)） - 隨機訪問效率低（O(n)） - 實現了Deque接口，可作為隊列使用

內存結構：

Node<E> {
    E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;
}

2.3 Vector

遺留類特點： - 線程安全（方法同步） - 擴容策略不同（默認2倍） - 被Collections.synchronizedList替代

3. Set接口及實現類

3.1 HashSet

Set<String> set = new HashSet<>();

實現原理： - 基于HashMap實現（值存于key） - 依賴hashCode()和equals() - 允許null元素

哈希沖突解決： - 鏈表+紅黑樹（JDK8+）

3.2 LinkedHashSet

特點： - 繼承HashSet - 維護插入順序的雙向鏈表 - 迭代效率高于HashSet

3.3 TreeSet

紅黑樹特性： - 元素必須實現Comparable - 自然排序或Comparator定制 - 操作時間復雜度O(log n)

4. Map接口及實現類

4.1 HashMap

JDK8優化： - 數組+鏈表+紅黑樹 - 閾值=8轉樹，=6退鏈表 - 擾動函數優化哈希

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

4.2 LinkedHashMap

訪問順序特性：

// 按訪問順序排序的構造方法
Map<String, Integer> lruCache = new LinkedHashMap(16, 0.75f, true);

4.3 TreeMap

紅黑樹應用： - 鍵必須可比較 - 提供subMap()等范圍查詢

4.4 Hashtable

與HashMap對比：

5. 性能對比與選型建議

List實現類對比：

選型原則： 1. 需要快速訪問 → ArrayList 2. 頻繁插入刪除 → LinkedList 3. 需要去重 → HashSet 4. 需要排序 → TreeSet 5. 鍵值存儲 → HashMap

6. 線程安全與并發集合

解決方案： 1. Collections.synchronizedXXX() 2. CopyOnWriteArrayList 3. ConcurrentHashMap 4. ConcurrentSkipListSet

ConcurrentHashMap優化： - JDK7：分段鎖 - JDK8：CAS + synchronized

7. 總結

Java集合框架核心要點： 1. List處理有序集合，Set確保元素唯一 2. Map提供高效的鍵值查找 3. 不同實現有顯著性能差異 4. 線程安全場景需特殊處理

未來發展趨勢： - 更優的并發集合實現 - 針對大數據集的優化 - 與函數式編程更深度集成 “`

注：實際文檔應包含： 1. 完整的代碼示例 2. 性能測試數據圖表 3. 更詳細的內存結構圖示 4. 各實現類的完整API說明 5. 使用場景的具體案例

建議通過Java官方文檔和源碼進行內容補充，確保技術準確性。