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在Java里集合框架的整体结构是怎样的_Java集合体系层级说明

P粉602998670

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发布时间:2026-01-27 16:23:02

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来源于php中文网

原创

Java集合框架由Collection和Map两条平行主线构成,前者含List、Set、Queue三大分支,后者自成键值对体系;二者无继承关系,仅通过视图桥接。

在java里集合框架的整体结构是怎样的_java集合体系层级说明

Java集合框架不是一棵树,而是一张有向接口网——CollectionMap 是两条平行主线,彼此不继承,也不实现对方。

Collection 接口下三大分支:List、Set、Queue

Collection 是单列集合的根接口,但它**不能被直接实例化**,所有具体实现都落在它的子接口上:

  • List:有序、可重复,关注「位置」——ArrayList(数组实现,随机访问快)、LinkedList(链表实现,增删快)、Vector(线程安全但已基本弃用)
  • Set:无序、不可重复,关注「唯一性」——HashSet(哈希表,依赖 hashCode()equals())、TreeSet(红黑树,要求元素可比较或传入 Comparator)、LinkedHashSet(哈希+链表,保持插入顺序)
  • Queue:专为队列操作设计,支持 FIFO 或优先级——LinkedList(同时实现了 Queue)、PriorityQueue(堆实现,非线程安全)、ArrayDeque(双端队列,比 Stack 更推荐)

注意:Stack 虽然继承自 Vector,但它属于遗留类,Deque 及其实现(如 ArrayDeque)才是现代替代方案。

Map 不是 Collection 的子接口,它自成体系

Map键值对映射的顶层接口,和 Collection 完全无关。它没有继承关系,只有实现类提供「视图」(View)来桥接——比如 map.keySet() 返回一个 Setmap.values() 返回一个 Collection,但这些视图只是代理,修改它们会反映到原 Map 上。

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  • HashMap:最常用,非线程安全,允许一个 null 键和多个 null
  • TreeMap:按键排序,基于红黑树,要求键实现 Comparable 或传入 Comparator
  • LinkedHashMap:按插入/访问顺序维护条目,适合 LRU 缓存场景
  • ConcurrentHashMap:高并发场景首选,分段锁(JDK 7)或 CAS + synchronized(JDK 8+),不接受 null 键值
  • Hashtable:老式线程安全实现,方法全加 synchronized,性能差,且不允许 null 键值——已被 ConcurrentHashMap 取代

迭代器与增强 for 循环背后的统一机制

所有 Collection 实现类都必须提供 iterator() 方法,返回一个 Iterator 实例;Map 则通过 keySet()values()entrySet() 获取可迭代视图。

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增强 for 循环本质就是语法糖,编译后转为 Iterator 调用:

for (String s : list) { ... }
// 等价于
Iterator it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    String s = it.next();
    ...
}

所以任何类只要实现 Iterable 接口(即提供 iterator() 方法),就能用增强 for 遍历——这解释了为什么 Map 本身不能直接遍历,但它的三个视图可以。

容易忽略的兼容性与行为细节

不同实现对 null 的容忍度差异极大,这是运行时 NullPointerException 的高频来源:

  • ArrayListLinkedListHashSetHashMap 允许 null 元素或键值
  • TreeSetTreeMap 在遇到 null 键时抛 NullPointerException(因为比较逻辑无法处理 null
  • ConcurrentHashMapHashtable 明确禁止 null 键和值,否则在 put() 时就抛异常
  • Arrays.asList() 返回的是固定大小的 List,底层是数组包装,调用 add()remove() 会抛 UnsupportedOperationException

真正写业务代码时,别只看接口名,得盯住具体实现类的行为边界——尤其是 null 处理、线程安全性、是否支持修改操作,这些才是线上出问题的地方。

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