222. Java 集合 - Java集合框架详解与应用

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1. 📚 引言：为什么需要集合框架？

在几乎任何一款应用程序中，我们最终都会需要在内存中存储和处理数据。
这时候，Java 提供的 Collections Framework（集合框架） 就成为了我们的得力工具。

其实，数据结构这一概念早在计算机诞生初期就被提出。Java 的集合框架正是对这些经典数据结构（如列表、集合、映射表等）进行了高效的实现。

• 集合框架最初在 Java SE 2（1998年） 引入。
• 随后两次重大更新：
  • Java SE 5：加入了泛型（Generics），提高了类型安全性。
  • Java SE 8：引入了Lambda表达式和接口默认方法（Default Methods），极大地提升了集合操作的简洁性。

每个新的JDK版本几乎都会对集合框架有所完善或优化。

🎯 你将在本部分学习：

• 常用的集合结构。
• 操作集合数据的常见模式与技巧。
• 什么时候选哪种集合。

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2. 🛤️ 理解集合框架的整体结构

从技术上讲，Collections Framework 是由一组接口（Interfaces）*定义的数据存储和访问规范组成的。然后，Java为每个接口至少提供了一个*具体实现（Implementation）**。

✅ 掌握集合框架要点：

• 了解接口：搞清楚每种接口表达的功能（比如List、Set、Map）。
• 了解实现类：选对合适的实现（比如ArrayList、HashSet、HashMap），根据应用场景灵活使用。

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3. 🗺️ 快速找到合适的集合

虽然集合框架中的类和接口种类繁多，可能一开始会感到迷茫，但别担心：
🔍 你日常开发中，80% 的情况下只需要掌握常用的这些：

功能需求	常用接口/类	示例
有序存储，按索引访问	List, ArrayList	用户列表、订单列表
唯一元素集合，不关心顺序	Set, HashSet	登录IP去重
键值对存储和快速查找	Map, HashMap	用户ID到用户信息的映射
先进先出（FIFO）队列	Queue, LinkedList 或 ArrayDeque	打印任务队列
线程安全访问	ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList	多线程环境下的数据共享

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4. 🧩 Collections vs Maps vs Queues

类别	描述	示例
Collection	只存储元素	List, Set, Queue
Map	存储键值对 (key-value)	HashMap, TreeMap
Queue/Stack	特殊行为的集合（先进先出/后进先出）	ArrayDeque, PriorityQueue

此外，还有 Iterator，它是遍历集合的对象。

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5. ⚡ 避免使用过时的类！

在 Java 2（1998年前），集合框架还未正式诞生，因此出现了一些老旧类，它们今天依然存在于JDK中，但应该避免使用：

过时的类	推荐替代	说明
Vector	ArrayList	如果不需要线程安全
Stack	ArrayDeque	轻量又快
Hashtable	HashMap（非并发）或 ConcurrentHashMap（并发）	HashMap更快且更现代

提示：
旧时代的 Enumeration 接口也已经被 Iterator 所取代，现在应该统一使用 Iterator 进行集合遍历。

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6. ❓ 为什么用集合，不直接用数组？

你可能会问：“数组（int[]，String[]）不是已经够用了吗？”

✅ 如果简单数组能完美解决问题，当然可以继续使用。但集合提供了数组无法比拟的强大功能：

集合能做什么？	数组呢？
自动追踪元素数量（size()）	❌ 需自己管理
动态扩容（无限添加元素）	❌ 固定长度
支持元素校验（如禁止存储null）	❌ 不支持
支持元素查询（如contains）	❌ 需手动遍历
支持集合运算（如交集、并集）	❌ 不直接支持

🔔 而且，集合是对象（Object），可扩展性超强；数组则是基本语言结构，扩展受限。

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7. ✨ 示例：使用集合快速上手

🎯 示例：用 ArrayList 管理学生名单

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

public class StudentListExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> students = new ArrayList<>();
        
        students.add("Alice");
        students.add("Bob");
        students.add("Charlie");

        if (students.contains("Alice")) {
            System.out.println("Alice is enrolled.");
        }

        students.remove("Bob");

        for (String student : students) {
            System.out.println(student);
        }
    }
}

🧠 解析：

• 使用 add() 添加学生。
• 使用 contains() 检查是否存在。
• 使用 remove() 删除学生。
• 使用 for-each 遍历学生名单。

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🔥 小结

• 集合框架是现代Java开发的基石。
• 了解集合与接口，选择正确的数据结构能显著提升代码效率与可维护性。
• 避免老旧类，拥抱 ArrayList、HashMap、ArrayDeque 等现代集合。
• 数组 vs 集合：简单情况用数组，大部分业务场景优先选择集合。