Java 中的 集合类 是用来存储和操作数据的一组工具，分为 List、Set、Queue 和 Map 四种类型。每种集合类型根据不同的需求有不同的特点，比如 数据顺序、是否允许重复元素、是否线程安全 等。每种集合类型也有不同的 性能表现，所以根据实际需求选择合适的集合类是提升代码 效率 的一个重要方法。

📚 知识内容
🧩 1. 集合框架的基本分类
Java 的集合框架包含了很多实现不同接口的类，我们将其分为四大类：

List（列表）
有序集合，允许重复元素。按插入顺序保存数据，常用的实现类有 ArrayList 和 LinkedList。

Set（集合）
不允许重复元素，无序集合。常用的实现类有 HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet。

Queue（队列）
按照先进先出（FIFO）原则操作元素，常用的实现类有 PriorityQueue 和 ArrayDeque。

Map（映射）
存储键值对，不允许重复的键。常用的实现类有 HashMap、TreeMap 和 LinkedHashMap。

🌱 1.1 List（列表）
特点：有序，可以 重复元素，可以通过 索引 访问元素。
常用实现类：
ArrayList：基于数组实现，查找速度快，但插入删除性能差。
LinkedList：基于链表实现，插入删除性能高，但查找慢。
代码示例：

List list = new ArrayList<>();
list.add(“A”);
list.add(“B”);
list.add(“A”);

for (String s : list) {
System.out.println(s); // 输出：A, B, A
}

深入解析：

ArrayList 是一个基于数组的实现类，适合查找、访问频繁的场景（时间复杂度为 O(1)），但如果频繁进行插入、删除操作时，由于数组扩容的原因，会出现性能瓶颈。
LinkedList 则是一个基于双向链表的实现，适合进行频繁的插入、删除操作（时间复杂度为 O(1)），但是访问元素时需要遍历链表，性能较差。
🌱 1.2 Set（集合）
特点：无序，不允许重复元素。
常用实现类：
HashSet：基于哈希表实现，查找、插入、删除操作时间复杂度较低（O(1)）。
LinkedHashSet：保持元素的插入顺序，基于哈希表实现。
TreeSet：基于红黑树实现，元素是 有序 的，查找、插入、删除的时间复杂度是 O(log N)。
代码示例：

Set set = new HashSet<>();
set.add(“A”);
set.add(“B”);
set.add(“A”); // 添加重复元素，不会插入

for (String s : set) {
System.out.println(s); // 输出：A, B（无顺序）
}

深入解析：

HashSet 是 Set 接口的最常用实现，基于哈希表实现，它的查找、插入、删除操作时间复杂度为 O(1)，但是它不保证元素的顺序。如果你对元素顺序有要求，可以考虑使用 LinkedHashSet。
TreeSet 则提供了元素的 自然顺序 或自定义排序，它的性能相对较低，特别是在进行插入、删除操作时，它的时间复杂度为 O(log N)。
🌱 1.3 Queue（队列）
特点：先进先出（FIFO），适用于排队场景。
常用实现类：
PriorityQueue：基于堆实现，元素根据优先级排序。
ArrayDeque：基于数组实现，作为栈和队列都可以使用。
代码示例：

Queue queue = new LinkedList<>();
queue.offer(“A”);
queue.offer(“B”);
queue.offer(“C”);

System.out.println(queue.poll()); // 输出：A，出队列

深入解析：

PriorityQueue 是一个优先队列，内部元素是按照其自然排序或指定的比较器排序的。它适用于需要按优先级处理任务的场景，比如任务调度等。
ArrayDeque 则是一个双端队列，它能够作为栈（后进先出）或队列（先进先出）使用，基于动态数组实现，性能较高，不如 LinkedList 占用更多的内存。
🌱 1.4 Map（映射）
特点：键值对集合，不允许重复的键，每个键对应一个值。
常用实现类：
HashMap：基于哈希表实现，查找、插入、删除操作时间复杂度为 O(1)。
LinkedHashMap：与 HashMap 类似，但保留插入顺序。
TreeMap：基于红黑树实现，键是 有序 的，查找、插入、删除的时间复杂度为 O(log N)。
代码示例：

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put(“A”, 1);
map.put(“B”, 2);
map.put(“A”, 3); // 更新键”A”对应的值

System.out.println(map.get(“A”)); // 输出：3

深入解析：

HashMap 是最常用的 Map 实现类，具有较高的性能，查找、插入、删除的时间复杂度为 O(1)，但它不保证元素的顺序。
LinkedHashMap 则是在 HashMap 的基础上，增加了元素的插入顺序。它适用于需要保持插入顺序的场景。
TreeMap 提供了 自然顺序 或自定义排序，键的顺序是有保证的，但性能相对较差。
🌟 2. 为什么有这么多种集合类？
集合类的设计旨在满足不同的需求，不同的实现类提供了不同的性能和特性。具体来说：

List 用于有序的数据结构，适合访问频繁的场景。
Set 用于去重和无序存储，适合需要唯一元素的场景。
Queue 适用于排队场景，比如任务调度。
Map 用于存储键值对，适合快速查找。
选择合适的集合类可以 提高程序性能，减少不必要的资源消耗。

🔍 知识拓展
🌟 1. Collection 和 Map 的区别
Collection 是集合框架的根接口，包含了 List、Set 和 Queue，而 Map 存储的是 键值对，和 Collection 并列是集合框架的核心部分。
区别：

Collection：存储单一元素，支持迭代操作。
Map：存储键值对，键不能重复。
🌟 2. Map 的线程安全版本
常用的 Map 实现类（如 HashMap）是非线程安全的。为了在多线程环境下使用，Java 提供了线程安全的 Map：

Hashtable：基于锁实现，线程安全，但性能较差。
ConcurrentHashMap：基于分段锁实现，性能更高，适用于高并发场景。
🌟 3. 集合的性能比较
集合类型 优点 缺点
ArrayList 访问快速（O(1)），动态扩展 插入/删除操作慢（O(n)）
LinkedList 插入/删除操作快（O(1)） 访问操作慢（O(n)）
HashSet 插入、查找、删除操作快（O(1)） 不保证元素顺序
TreeSet 元素自动排序 插入/查找操作较慢（O(log n)）
HashMap 查找、插入、删除操作快（O(1)） 不保证元素顺序
TreeMap 键自动排序 插入/查找操作较慢（O(log n)）
🌟
4. 集合框架的其他重要类

Collections 类：提供了对集合的静态方法，如排序、反转、查找等。
Arrays 类：提供了对数组的操作，如排序、转换成集合等。
💾 总结：Java 的集合类体系庞大且丰富，每种集合类有不同的适用场景。在选择集合时，我们需要根据具体的业务需求，考虑它们的性能特点和特性，以达到最优的设计和实现效果。