Java集合类：List、Set、Map常用方法解析

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一、List集合：有序的元素集合

List集合是有序的元素集合，允许存储重复的元素。常见的List实现类有ArrayList、LinkedList等。

1. ArrayList

ArrayList是最常用的List实现类，它底层使用数组来存储元素，因此查找元素的速度较快，但插入和删除元素时可能需要移动其他元素，所以速度相对较慢。

import java.util.ArrayList;  
import java.util.List;  public class ArrayListDemo {  public static void main(String[] args) {  List<String> list = new ArrayList<>();  list.add("Apple");  list.add("Banana");  list.add("Cherry");  // 遍历List  for (String fruit : list) {  System.out.println(fruit);  }  // 使用索引访问和修改元素  System.out.println("Element at index 1: " + list.get(1));  list.set(1, "Blueberry"); // 将索引为1的元素替换为"Blueberry"  }  
}

2. LinkedList

LinkedList底层使用链表实现，因此在元素的插入和删除操作上效率较高，但在查找元素时可能需要遍历整个链表，所以速度较慢。

import java.util.LinkedList;  
import java.util.List;  public class LinkedListDemo {  public static void main(String[] args) {  List<String> list = new LinkedList<>();  list.add("Apple");  list.addFirst("Orange"); // 在链表头部添加元素  list.addLast("Watermelon"); // 在链表尾部添加元素  // 遍历List  for (String fruit : list) {  System.out.println(fruit);  }  // 使用索引访问元素（注意LinkedList的get和set方法性能较低）  System.out.println("Element at index 1: " + list.get(1));  // 移除元素  list.remove("Apple");  }  
}

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二、Set集合：无序的不重复元素集合

Set集合不允许存储重复的元素。常见的Set实现类有HashSet、TreeSet等。

1. HashSet

HashSet基于哈希表实现，元素是无序的，且元素存储的顺序与插入顺序无关，查找效率高。

import java.util.HashSet;  
import java.util.Set;  public class HashSetDemo {  public static void main(String[] args) {  Set<String> set = new HashSet<>();  set.add("Apple");  set.add("Banana");  set.add("Apple"); // 重复元素不会被添加  // 遍历Set  for (String fruit : set) {  System.out.println(fruit);  }  }  
}

2. TreeSet

TreeSet基于红黑树实现，可以对元素进行自然排序或自定义排序。

import java.util.Set;  
import java.util.TreeSet;  public class TreeSetDemo {  public static void main(String[] args) {  Set<String> set = new TreeSet<>();  set.add("Banana");  set.add("Apple");  set.add("Cherry");  // 遍历Set（元素已按自然顺序排序）  for (String fruit : set) {  System.out.println(fruit);  }  // 自定义排序，需要实现Comparator接口  Set<String> customSet = new TreeSet<>((o1, o2) -> o2.compareTo(o1)); // 降序排序  customSet.add("Banana");  customSet.add("Apple");  for (String fruit : customSet) {  System.out.println(fruit);  }  }  
}

三、Map集合：键值对映射

Map集合用于存储键值对映射关系，键（Key）是唯一的，每个键最多映射到一个值（Value）。常见的Map实现类有HashMap、TreeMap等。

1. HashMap

HashMap基于哈希表实现，允许使用null作为键和值，并且不保证映射的顺序。HashMap在存储键值对时，通过计算键的哈希值来确定存储位置，因此查找效率非常高。

import java.util.HashMap;  
import java.util.Map;  public class HashMapDemo {  public static void main(String[] args) {  Map<String, Integer> map = new HashMap<>();  map.put("Apple", 1);  map.put("Banana", 2);  map.put("Cherry", 3);  // 遍历Map  for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {  System.out.println("Key: " + entry.getKey() + ", Value: " + entry.getValue());  }  // 获取和修改值  System.out.println("Value for Apple: " + map.get("Apple"));  map.put("Apple", 4); // 修改键为"Apple"的值  // 检查键是否存在  if (map.containsKey("Orange")) {  System.out.println("Orange exists in the map.");  } else {  System.out.println("Orange does not exist in the map.");  }  // 移除键值对  map.remove("Banana");  }  
}

2. TreeMap

TreeMap基于红黑树实现，它可以对键进行自然排序或自定义排序，因此返回的元素是排序好的。

import java.util.Map;  
import java.util.TreeMap;  public class TreeMapDemo {  public static void main(String[] args) {  Map<String, Integer> map = new TreeMap<>();  map.put("Banana", 2);  map.put("Apple", 1);  map.put("Cherry", 3);  // 遍历TreeMap（元素已按键的自然顺序排序）  for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {  System.out.println("Key: " + entry.getKey() + ", Value: " + entry.getValue());  }  // 自定义排序，需要实现Comparator接口  Map<String, Integer> customMap = new TreeMap<>((o1, o2) -> o2.compareTo(o1)); // 降序排序  customMap.put("Banana", 2);  customMap.put("Apple", 1);  for (Map.Entry<String, Integer> entry : customMap.entrySet()) {  System.out.println("Key: " + entry.getKey() + ", Value: " + entry.getValue());  }  }  
}

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四、注意点

1. 修改List和Set：List和Set的修改操作（如add、remove等）可能会影响到正在进行的遍历，因此在遍历过程中修改集合可能会导致ConcurrentModificationException异常。为了避免这个问题，可以使用迭代器（Iterator）的remove方法，或者在遍历之前先收集需要修改的元素，遍历结束后再进行修改。
2. HashMap的null键和值：HashMap允许使用null作为键和值，但最多只能有一个null键。而TreeMap不允许使用null键或值。
3. 性能考虑：不同的集合类在性能上有所差异。例如，ArrayList在查找上效率较高，但在插入和删除上可能较低；而LinkedList在插入和删除上效率较高，但在查找上可能较低。因此，在选择集合类时，需要根据实际使用场景进行权衡。这个主要跟两者之间的底层数据结构有关。
4. 线程安全：上述提到的集合类（如ArrayList、HashSet、HashMap等）都不是线程安全的。如果在多线程环境下使用这些集合类，并对其进行修改操作，可能会导致数据不一致。这时，可以使用线程安全的集合类（如Collections的同步包装器或ConcurrentHashMap等），或者使用锁机制来保证线程安全。