Java 中表示数据集的常用集合类
Java 集合框架提供了多种数据结构来表示和操作数据集，每种集合类都有其特定的用途和性能特征。以下是主要的集合类及其特点：
一、List 接口及其实现类
1. ArrayList
- 特点：基于动态数组实现
- 优点：随机访问快，尾部插入/删除快
- 缺点：中间插入/删除慢
- 使用场景：需要频繁按索引访问元素
List<String> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add("Apple");
arrayList.add("Banana");
String fruit = arrayList.get(0); // 快速随机访问
2. LinkedList
- 特点：基于双向链表实现
- 优点：头部/中间插入删除快
- 缺点：随机访问慢
- 使用场景：需要频繁在头部/中间插入删除
List<String> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.addFirst("First"); // 头部插入高效
linkedList.removeLast(); // 尾部删除高效
二、Set 接口及其实现类
1. HashSet
- 特点：基于哈希表实现，使用HashMap存储元素
- 优点：添加、删除、查找操作快
- 缺点：无序，遍历顺序不确定
- 使用场景：需要快速查找且不关心顺序
Set<String> hashSet = new HashSet<>();
hashSet.add("Red");
hashSet.add("Green");
boolean contains = hashSet.contains("Red"); // 快速查找
2. TreeSet
- 特点：基于红黑树实现，元素按自然顺序或Comparator排序
- 优点：自动排序，范围查找高效
- 缺点：插入/删除比HashSet慢（O(log n)）
- 使用场景：需要有序且唯一元素的集合
Set<Integer> treeSet = new TreeSet<>();
treeSet.add(5);
treeSet.add(2);
treeSet.add(8); // 自动排序为 [2, 5, 8]
3. LinkedHashSet
- 特点：继承HashSet，但维护插入顺序的链表
- 优点：保持插入顺序，查找效率接近HashSet
- 使用场景：需要保持插入顺序且快速查找
Set<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();
linkedHashSet.add("First");
linkedHashSet.add("Second"); // 保持插入顺序
三、Map 接口及其实现类
1. HashMap
- 特点：基于哈希表的键值对存储
- 优点：查找、插入、删除操作快
- 缺点：无序
- 使用场景：需要快速查找键值对
Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
hashMap.put("Apple", 10);
int count = hashMap.get("Apple"); // 快速查找
2. TreeMap
- 特点：基于红黑树实现，按键的自然顺序或Comparator排序
- 优点：按键排序，范围操作高效
- 缺点：插入/删除比HashMap慢（O(log n)）
- 使用场景：需要有序的键值对集合
Map<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();
treeMap.put("Orange", 5);
treeMap.put("Apple", 10); // 按键排序: Apple, Orange
3. LinkedHashMap
- 特点：继承HashMap，但维护插入顺序或访问顺序
- 优点：保持插入/访问顺序，查找效率接近HashMap
- 使用场景：需要保持顺序的键值对集合
Map<String, Integer> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();
linkedHashMap.put("First", 1);
linkedHashMap.put("Second", 2); // 保持插入顺序
四、集合类的选择指南
| 需求 | 推荐集合类 | 原因 |
|---|---|---|
| 需要按索引访问 | ArrayList | 随机访问O(1) |
| 频繁在头部/中间插入删除 | LinkedList | 插入删除O(1) |
| 需要唯一元素且不关心顺序 | HashSet | 查找O(1) |
| 需要唯一元素且有序 | TreeSet | 自动排序 |
| 需要保持插入顺序的集合 | LinkedHashSet | 维护插入顺序链表 |
| 键值对存储，快速查找 | HashMap | 查找O(1) |
| 需要按键排序的键值对 | TreeMap | 红黑树维持顺序 |
| 需要保持插入顺序的键值对 | LinkedHashMap | 维护插入顺序链表 |
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