Java 集合框架完全指南：接口、实现、算法与最佳实践

Java Collections Framework（JCF）是统一的数据结构架构，提供接口、实现、算法三大支柱，位于 java.util 包。取代早期零散类，实现高性能、高互操作、易扩展。

核心接口体系

Collection (根接口)
├── List          // 有序、可重复
│   ├── ArrayList
│   ├── LinkedList
│   └── Vector (遗留)
├── Set           // 无序、唯一
│   ├── HashSet
│   ├── LinkedHashSet (插入序)
│   └── TreeSet (有序)
└── Queue         // 队列
    ├── PriorityQueue
    ├── ArrayDeque
    └── LinkedList

Map (键值映射，非 Collection 子接口)
├── HashMap
├── LinkedHashMap (插入序)
├── TreeMap (键有序)
├── WeakHashMap (弱键)
├── IdentityHashMap (恒等比较)
└── Hashtable (遗留)

主要实现类特性对比

核心算法

Collections 工具类提供静态算法（多态：同一方法适配多实现）：

• 排序：sort(List)、sort(List, Comparator)
• 查找：binarySearch(List, key)、max/min(Collection)
• 洗牌：shuffle(List)
• 填充/复制：fill(List, obj)、copy(dest, src)
• 同步包装：synchronizedList/Set/Map()
• 不可变视图：unmodifiableList/Set/Map()

Iterator 与 ListIterator

// 通用遍历
for (Iterator it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
    String s = it.next();
    if (s.isEmpty()) it.remove(); // 安全删除
}

// List 专用：双向、可修改、可定位
ListIterator lit = list.listIterator();
while (lit.hasNext()) lit.next();
while (lit.hasPrevious()) System.out.println(lit.previous());

Comparator 与 Comparable

// Lambda 简写 Comparator
list.sort(Comparator.comparing(User::getAge).thenComparing(User::getName));

并发安全集合

• CopyOnWriteArrayList：读多写少，写时复制数组
• ConcurrentHashMap：分段锁/CAS，高并发 Map 首选
• ConcurrentLinkedQueue：无界非阻塞队列
• BlockingQueue 族：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue，生产者消费者

性能选型速查

1. 默认 List：ArrayList
2. 队列/栈/双端：ArrayDeque
3. 去重/成员测试：HashSet
4. 去重+顺序：LinkedHashSet
5. 排序去重：TreeSet
6. 键值存储：HashMap
7. 键值+顺序：LinkedHashMap
8. 键值+排序：TreeMap
9. 高并发 Map：ConcurrentHashMap
10. 线程安全 List：CopyOnWriteArrayList（读多写少）

避坑指南

• ❌ 作为 key 的对象未重写 equals/hashCode
• ❌ 迭代中直接 list.remove() → 用 Iterator.remove()
• ❌ HashMap 多线程并发 put → 死循环/数据丢失，用 ConcurrentHashMap
• ❌ ArrayList 频繁头部插入 → O(n²)，改 LinkedList 或 ArrayDeque
• ❌ 以容量 10 创建大列表 → 频繁扩容，预估用 new ArrayList<>(capacity)