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title: "02-Java 集合框架"
created: 2025-12-02
tags:
  - Java
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# Java 集合框架

> [!note] 本篇定位
> 进阶主题：数据结构/集合框架/泛型/序列化/多线程/网络编程/Java 8-10 新特性等 13 篇。本篇：**Java 集合框架**。正文为教程原貌（原话只增不改），代码块语言标记已补全。


早在 Java 2 中之前，Java 就提供了特设类。比如：Dictionary, Vector, Stack, 和 Properties
这些类用来存储和操作对象组。

虽然这些类都非常有用，但是它们缺少一个核心的，统一的主题。由于这个原因，使用 Vector 类的方式和使用 Properties 类的方式有着很大不同。

集合框架被设计成要满足以下几个目标。

- 该框架必须是高性能的。基本集合（动态数组，链表，树，哈希表）的实现也必须是高效的。
- 该框架允许不同类型的集合，以类似的方式工作，具有高度的互操作性。
- 对一个集合的扩展和适应必须是简单的。

为此，整个集合框架就围绕一组标准接口而设计。你可以直接使用这些接口的标准实现，诸如： LinkedList, HashSet, 和 TreeSet
等,除此之外你也可以通过这些接口实现自己的集合。

![[0xchn7n7-2f459861.jpeg]]

简化图：

![1](https://pic.code-nav.cn/w3cschool_course/1610518142000300034/gnizkgs5.jpeg)

说明：对于以上的框架图有如下几点说明

1. 所有集合类都位于 java.util 包下。Java的集合类主要由两个接口派生而出：Collection 和 Map，Collection
   和 Map 是 Java 集合框架的根接口，这两个接口又包含了一些子接口或实现类。
2. 集合接口：6个接口（短虚线表示），表示不同集合类型，是集合框架的基础。
3. 抽象类：5个抽象类（长虚线表示），对集合接口的部分实现。可扩展为自定义集合类。
4. 实现类：8个实现类（实线表示），对接口的具体实现。
5. Collection 接口是一组允许重复的对象。
6. Set 接口继承 Collection，集合元素不重复。
7. List 接口继承 Collection，允许重复，维护元素插入顺序。
8. Map接口是键－值对象，与Collection接口没有什么关系。
9. Set、List 和 Map 可以看做集合的三大类：

   List 集合是有序集合，集合中的元素可以重复，访问集合中的元素可以根据元素的索引来访问。

   Set 集合是无序集合，集合中的元素不可以重复，访问集合中的元素只能根据元素本身来访问（也是集合里元素不允许重复的原因）。

   Map 集合中保存 Key-value 对形式的元素，访问时只能根据每项元素的 key 来访问其 value。

#### 集合框架图如图所示：

![[405z2h0o-d23f9829.jpeg]]

Java 集合框架提供了一套性能优良，使用方便的接口和类，java 集合框架位于 java.util 包中， 所以当使用集合框架的时候需要进行导包。

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## 集合接口

集合框架定义了一些接口。本节提供了每个接口的概述：

| 序号 | 接口描述 |
| --- | --- |
| 1 | Collection 接口  允许你使用一组对象，是Collection层次结构的根接口。 |
| 2 | List 接口  继承于**Collection**和一个 List实例存储一个有序集合的元素。 |
| 3 | Set  继承于 **Collection，是**一个不包含重复元素的集合。 |
| 4 | SortedSet  继承于Set保存有序的集合。 |
| 5 | Map  将唯一的键映射到值。 |
| 6 | Map.Entry  描述在一个Map中的一个元素（键/值对）。是一个Map的内部类。 |
| 7 | SortedMap  继承于Map，使Key保持在升序排列。 |
| 8 | Enumeration  这是一个传统的接口和定义的方法，通过它可以枚举（一次获得一个）对象集合中的元素。这个传统接口已被迭代器取代。 |

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## 集合类

Java 提供了一套实现了 Collection 接口的标准集合类。其中一些是具体类，这些类可以直接拿来使用，而另外一些是抽象类，提供了接口的部分实现。

标准集合类汇总于下表：

| 序号 | 类描述 |
| --- | --- |
| 1 | **AbstractCollection**  **实现了大部分的集合接口。** |
| 2 | **AbstractList**  **继承于 AbstractCollection 并且实现了大部分List接口。** |
| 3 | **AbstractSequentialList**  **继承于  AbstractList ，提供了对数据元素的链式访问而不是随机访问。** |
| 4 | LinkedList  继承于 AbstractSequentialList，实现了一个链表。 |
| 5 | ArrayList  通过继承 AbstractList，实现动态数组。 |
| 6 | **AbstractSet**  **继承于 AbstractCollection 并且实现了大部分Set接口。** |
| 7 | HashSet  继承了 AbstractSet，并且使用一个哈希表。 |
| 8 | LinkedHashSet  具有可预知迭代顺序的 Set 接口的哈希表和链接列表实现。 |
| 9 | TreeSet  继承于AbstractSet，使用元素的自然顺序对元素进行排序. |
| 10 | **AbstractMap**  **实现了大部分的 Map 接口。** |
| 11 | HashMap  继承了 HashMap，并且使用一个哈希表。 |
| 12 | TreeMap  继承了 AbstractMap，并且使用一颗树。 |
| 13 | WeakHashMap  继承 AbstractMap类，使用弱密钥的哈希表。 |
| 14 | LinkedHashMap  继承于 HashMap，使用元素的自然顺序对元素进行排序. |
| 15 | IdentityHashMap  继承 AbstractMap 类，比较文档时使用引用相等。 |

在前面的教程中已经讨论通过 java.util 包中定义的类，如下所示：

| 序号 | 类描述 |
| --- | --- |
| 1 | Vector  Vector 类实现了一个动态数组。和 ArrayList 和相似，但是两者是不同的。 |
| 2 | Stack  栈是 Vector 的一个子类，它实现了一个标准的后进先出的栈。 |
| 3 | Dictionary  Dictionary 类是一个抽象类，用来存储键/值对，作用和 Map 类相似。 |
| 4 | Hashtable  Hashtable 是原始的 java.util 的一部分， 是一个 Dictionary 具体的实现 。 |
| 5 | Properties  Properties 继承于 Hashtable.表示一个持久的属性集.属性列表中每个键及其对应值都是一个字符串。 |
| 6 | BitSet  一个 Bitset 类创建一种特殊类型的数组来保存位值。BitSet 中数组大小会随需要增加。 |

一个 Bitset 类创建一种特殊类型的数组来保存位值。BitSet 中数组大小会随需要增加。

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## 集合算法

集合框架定义了几种算法，可用于集合和映射。这些算法被定义为集合类的静态方法。

在尝试比较不兼容的类型时，一些方法能够抛出 `ClassCastException`异常。当试图修改一个不可修改的集合时，抛出`UnsupportedOperationException`异常。

集合定义三个静态的变量：EMPTY_SET EMPTY_LIST，EMPTY_MAP 的。这些变量都不可改变。

| 序号 | 算法描述 |
| --- | --- |
| 1 | Collection Algorithms  这里是一个列表中的所有算法实现。 |

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## 如何使用迭代器

通常情况下，你会希望遍历一个集合中的元素。例如，显示集合中的每个元素。

做到这一点最简单的方法是采用一个迭代器，它是一个对象，实现了 Iterator 接口或 ListIterator 接口。

迭代器，使你能够通过循环来得到或删除集合的元素。ListIterator 继承了 Iterator，以允许双向遍历列表和修改元素。

这里通过实例列出 Iterator 和 listIterator 接口提供的所有方法。
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