Java 集合框架 (java.util 包) 是 Java 中用于存储和操作数据集合的核心组件，其设计精良、功能强大且高度灵活。理解其体系结构是 Java 进阶的关键一步。

一.集合的核心思想

接口与实现分离

        集合框架的核心在于接口定义了行为规范，而具体实现类提供了不同的底层数据结构和算法。应用程序应该面向0接口编程，这样可以在不改变代码逻辑的情况下更换实现，提高灵活性和可维护性。

集合框架的总体结构

Java 集合框架主要分为两大分支：Collection 和 Map。

• Collection 接口：是单列集合的根接口，用于存储单个元素。它有三个主要的子接口：List、Set 和 Queue。
• Map 接口：是双列集合的根接口，用于存储键值对。

二.Collection接口 -- 单列集合

        Collection是单列集合的祖宗接口，它的功能是全部的单列集合都可以继承使用的，下图是Collection接口下的继承和实现关系。

List系列集合：添加的元素是有序，可重复，有索引

Set系列集合：添加的元素是无序，不重复，无索引

Collection中的方法：

1. 基本操作方法

2. 批量操作方法

3. 查询方法

4. 迭代方法

5. Java 8 新增默认方法

import java.util.*;public class CollectionDemo {public static void main(String[] args) {// 1. 创建集合 (使用ArrayList实现)Collection<String> languages = new ArrayList<>();// 2. 添加元素languages.add("Java");languages.add("Python");languages.add("JavaScript");languages.add("C++");System.out.println("初始集合: " + languages); // [Java, Python, JavaScript, C++]// 3. 检查元素是否存在System.out.println("包含Java? " + languages.contains("Java")); // true// 4. 删除元素languages.remove("C++");System.out.println("删除C++后: " + languages); // [Java, Python, JavaScript]// 5. 批量操作 - 添加另一个集合Collection<String> frontend = new HashSet<>();frontend.add("HTML");frontend.add("CSS");frontend.add("JavaScript");languages.addAll(frontend);System.out.println("添加前端技术后: " + languages); // [Java, Python, JavaScript, HTML, CSS]// 6. 批量操作 - 删除另一个集合中的元素languages.removeAll(frontend);System.out.println("移除前端技术后: " + languages); // [Java, Python]// 7. 批量操作 - 保留交集Collection<String> popular = List.of("Java", "Python", "Go");languages.retainAll(popular);System.out.println("保留流行语言后: " + languages); // [Java, Python]// 8. 转换为数组Object[] array = languages.toArray();System.out.println("数组内容: " + Arrays.toString(array)); // [Java, Python]// 9. 遍历集合 - 迭代器System.out.print("迭代器遍历: ");Iterator<String> it = languages.iterator();while (it.hasNext()) {System.out.print(it.next() + " ");}System.out.println(); // 迭代器遍历: Java Python // 10. 遍历集合 - forEach (Java 8+)System.out.print("forEach遍历: ");languages.forEach(lang -> System.out.print(lang + " "));System.out.println(); // forEach遍历: Java Python // 11. Java 8 新特性 - removeIflanguages.removeIf(lang -> lang.startsWith("P"));System.out.println("移除P开头的语言后: " + languages); // [Java]// 12. Java 8 新特性 - streamlong count = languages.stream().filter(lang -> lang.length() > 3).count();System.out.println("长度大于3的元素数量: " + count); // 1 (Java)// 13. 清空集合languages.clear();System.out.println("清空后集合: " + languages); // []System.out.println("集合是否为空? " + languages.isEmpty()); // true}
}

三.Map 接口 -- 双列集合

1. “双列集合”的含义

“双列”： 指的是 Map 存储的元素由两个部分组成：

• 键 (Key): 用于唯一标识元素的部分，相当于第一列。
• 值 (Value): 与键相关联的数据部分，相当于第二列。

“集合”： 指的是 Map 本身是一个容器，用于存储和管理这些键值对 (Key-Value Pair) 元素。

2. Map 接口的核心概念

键值对 (Key-Value Pair)： 这是 Map 存储的基本单位。每个元素都是一个包含 Key 和 Value 的配对。

键 (Key) 的唯一性： Map 中 不允许有重复的键。每个键最多只能映射到一个值。这是 Map 最重要的特性之一。

值 (Value) 的可重复性： 不同的键可以映射到相同的值。值可以重复。

映射关系 (Mapping)： Map 的核心功能就是建立 Key 到 Value 的映射关系。通过一个 Key，可以高效地查找到其对应的 Value。这就像一本字典（Dictionary）或电话簿，通过名字（Key）查找电话号码（Value）。

无序性 (通常)： 大多数 Map 实现类（如 HashMap）不保证键值对的存储顺序（插入顺序或自然顺序）。但也有保证顺序的实现（如 LinkedHashMap 保证插入顺序，TreeMap 保证按键排序）。

不允许 null (视实现而定)：

• HashMap、LinkedHashMap 允许一个 null 键和多个 null 值。
• TreeMap 不允许 null 键（因为要排序），值可以为 null。
• ConcurrentHashMap 不允许 null 键和 null 值。
• Hashtable 不允许 null 键和 null 值。

3. 为什么需要 Map？解决了什么问题？

Map 解决了需要根据 唯一标识符 快速查找、添加、删除或更新 关联数据 的场景。例如：

• 字典/电话簿： 根据单词查释义，根据姓名查电话。
• 数据库记录缓存： 用主键 ID 作为 Key，缓存整个记录对象作为 Value。
• 配置信息： 配置项名称作为 Key，配置值作为 Value。
• 对象属性映射： 属性名作为 Key，属性值作为 Value。
• 计数/统计： 用物品名称作为 Key，物品数量作为 Value。
• 图结构： 表示节点之间的连接关系（邻接表）。

4. Map 接口的常用方法

增 / 改：

• V put(K key, V value): 添加键值对。如果键已存在，则替换旧值并返回旧值；如果键不存在，添加并返回 null。
• void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m): 将另一个 Map 的所有键值对添加到当前 Map。

删：

• V remove(Object key): 根据键删除键值对，返回被删除的值。键不存在返回 null。
• void clear(): 清空所有键值对。

查：

• V get(Object key): 根据键获取对应的值。键不存在返回 null。
• boolean containsKey(Object key): 判断是否包含指定的键。
• boolean containsValue(Object value): 判断是否包含指定的值（效率通常低于 containsKey）。

视图获取：

• Set<K> keySet(): 返回此 Map 中所有键组成的 Set 集合（因为键唯一）。
• Collection<V> values(): 返回此 Map 中所有值组成的 Collection 集合（值可以重复）。
• Set<Map.Entry<K, V>> entrySet(): 返回此 Map 中所有键值对 (Map.Entry 对象) 组成的 Set 集合。这是遍历 Map 最常用的方式。

其他：

• int size(): 返回键值对的数量。
• boolean isEmpty(): 判断 Map 是否为空。
• default V getOrDefault(Object key, V defaultValue): (JDK8+) 获取指定键的值，如果键不存在则返回默认值。
• default V putIfAbsent(K key, V value): (JDK8+) 如果指定键尚未与值关联（或关联为 null），则将其与给定值关联并返回 null，否则返回当前值。
• default boolean remove(Object key, Object value): (JDK8+) 仅当指定键当前映射到指定值时删除该条目。
• default V replace(K key, V value): (JDK8+) 仅当指定键当前映射到某个值时，才替换该条目的值。
• default boolean replace(K key, V oldValue, V newValue): (JDK8+) 仅当指定键当前映射到指定值时，才替换该条目的值。

Map<String, Integer> phoneBook = new HashMap<>();
phoneBook.put("Alice", 123456);
phoneBook.put("Bob", 654321);
phoneBook.put("Charlie", 789012);// 方式1：使用 Map.Entry 遍历 (最推荐，效率高，一次获取key和value)
for (Map.Entry<String, Integer> entry : phoneBook.entrySet()) {String name = entry.getKey();int phoneNumber = entry.getValue();System.out.println(name + ": " + phoneNumber);
}// 方式2：遍历键 (KeySet)，然后通过键找值 (效率稍低于entrySet，因为多了一次get操作)
for (String name : phoneBook.keySet()) {int phoneNumber = phoneBook.get(name);System.out.println(name + ": " + phoneNumber);
}// 方式3：仅遍历值 (Values) (如果只需要值)
for (int phoneNumber : phoneBook.values()) {System.out.println("Phone: " + phoneNumber);
}// 方式4：Java 8+ 使用 forEach + Lambda 表达式 (简洁)
phoneBook.forEach((name, phoneNumber) -> System.out.println(name + ": " + phoneNumber));