java容器 LIst、set、Map

Java容器中的List、Set、Map是核心数据结构，各自适用于不同的场景

一、List（有序、可重复）

List接口代表有序集合，允许元素重复和通过索引访问，主要实现类包括：

ArrayList

底层结构：动态数组实现。
特点：支持快速随机访问（时间复杂度O(1)），但插入/删除元素时需要移动数组，效率较低（时间复杂度O(n)）。
适用场景：读多写少，需频繁按索引查询的场景，如数据缓存。

LinkedList

底层结构：双向链表实现。
特点：插入/删除效率高（时间复杂度O(1)），但随机访问效率低（需遍历链表，时间复杂度O(n)）。
扩展功能：可用作栈（push/pop）或队列（offer/poll）。

Vector & Stack

线程安全：通过synchronized实现同步，但性能较低，已被CopyOnWriteArrayList取代。
Stack：基于数组的栈结构，但官方推荐用Deque接口替代。

CopyOnWriteArrayList

并发安全：写操作时复制新数组，读操作无锁，适合读多写少的高并发场景。
缺点：内存占用高，数据可能延迟更新。

二、Set（无序、不可重复）

Set接口要求元素唯一性，主要实现类包括：

HashSet

底层结构：基于HashMap实现，哈希表存储元素。
特点：插入/查询效率高（时间复杂度O(1)），元素无序。

LinkedHashSet

扩展特性：维护插入顺序的双向链表，适合需要保持顺序的集合。

TreeSet

底层结构：基于红黑树实现，元素按自然顺序或自定义比较器排序。
特点：插入/查询效率较低（时间复杂度O(log n)），但支持范围查询。

CopyOnWriteArraySet

并发安全：基于CopyOnWriteArrayList，通过addIfAbsent保证元素唯一性。

三、Map（键值对存储）

Map接口存储键值对（Key-Value），键唯一，主要实现类包括：

HashMap

底层结构：数组+链表/红黑树（JDK8优化冲突处理）。
特点：非线程安全，允许null键/值，查询效率高（平均O(1)）。

LinkedHashMap

扩展特性：维护插入顺序或LRU（最近最少使用）顺序。

TreeMap

底层结构：红黑树实现，键按自然顺序或自定义排序。
适用场景：需有序遍历键的场景，如排序字典。

ConcurrentHashMap

并发优化：JDK8后采用CAS和分段锁，替代Hashtable。
特点：高并发下性能优于同步容器，适合多线程环境。

HashTable

遗留类：全表锁导致性能低，不推荐使用

四、场景应用

容器	有序性	重复性	线程安全	典型应用场景
ArrayList	是（插入顺序）	允许	否（需并发容器）	高频随机访问的静态数据
LinkedList	是（插入顺序）	允许	否	频繁插入/删除的队列或栈
HashSet	否	禁止	否（需并发容器）	快速去重的无序集合
TreeSet	是（自然排序）	禁止	否	需要排序或范围查询的集合
HashMap	否	键唯一	否（需ConcurrentHashMap）	高频键值查询的非同步场景
ConcurrentHashMap	否	键唯一	是（分段锁/CAS）	高并发键值存储

五、设计模式与底层原理

迭代器模式：所有容器均实现Iterable接口，通过Iterator遍历元素，支持forEach循环。
适配器模式：如Arrays.asList()将数组适配为List。
写时复制：CopyOnWriteArrayList通过复制新数组实现并发安全，减少锁竞争。

实际使用根据业务场景决定。