java都有哪些容器

# Java都有哪些容器

## 一、容器概述

Java容器（Container）是Java集合框架（Java Collections Framework）的核心组成部分，用于存储和管理对象集合。容器提供了高效的数据结构和算法，帮助开发者处理各种数据组织需求。根据不同的数据组织方式，Java容器主要分为两大类：

1. **Collection接口体系**：存储单一元素的集合
2. **Map接口体系**：存储键值对(key-value)的映射

## 二、Collection体系容器

### 1. List（有序可重复集合）

#### ArrayList
- 基于动态数组实现
- 随机访问效率高(O(1))
- 插入删除效率较低（需要移动元素）
- 非线程安全
- 初始容量10，扩容机制：newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)

```java
List<String> list = new ArrayList<>();

LinkedList

• 基于双向链表实现
• 插入删除效率高(O(1))
• 随机访问效率低(O(n))
• 实现了Deque接口，可作为队列使用
• 非线程安全

List<String> linkedList = new LinkedList<>();

Vector

• 线程安全的ArrayList（方法使用synchronized修饰）
• 性能较差
• 扩容机制：默认扩容为原来的2倍

List<String> vector = new Vector<>();

Stack（已过时）

• 继承自Vector
• 实现后进先出(LIFO)的栈结构
• 推荐使用Deque替代

2. Set（无序不可重复集合）

HashSet

• 基于HashMap实现
• 使用对象的hashCode()确定存储位置
• 插入删除查询效率高(O(1))
• 非线程安全
• 允许null元素

Set<String> hashSet = new HashSet<>();

LinkedHashSet

• 继承自HashSet
• 维护插入顺序的双向链表
• 迭代顺序可预测

Set<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();

TreeSet

• 基于TreeMap实现（红黑树）
• 元素按自然顺序或Comparator排序
• 插入删除查询效率O(log n)
• 不允许null元素

Set<String> treeSet = new TreeSet<>();

3. Queue（队列）

PriorityQueue

• 基于优先级堆（通常是最小堆）实现
• 元素按自然顺序或Comparator排序
• 非线程安全
• 不允许null元素

Queue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>();

ArrayDeque

• 基于循环数组实现的双端队列
• 比LinkedList更高效
• 可用作栈或队列
• 非线程安全

Deque<String> arrayDeque = new ArrayDeque<>();

三、Map体系容器

HashMap

• 数组+链表+红黑树结构（JDK8+）
• 允许null键和null值
• 非线程安全
• 初始容量16，负载因子0.75
• 链表长度>8时转为红黑树

Map<String, Object> hashMap = new HashMap<>();

LinkedHashMap

• 继承自HashMap
• 维护插入顺序的链表
• 可实现LRU缓存

Map<String, Object> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();

TreeMap

• 基于红黑树实现
• 按键的自然顺序或Comparator排序
• 查询效率O(log n)
• 不允许null键

Map<String, Object> treeMap = new TreeMap<>();

Hashtable

• 线程安全的Map实现（方法使用synchronized修饰）
• 不允许null键和null值
• 性能较差，推荐使用ConcurrentHashMap

Map<String, Object> hashtable = new Hashtable<>();

ConcurrentHashMap

• 线程安全的HashMap替代方案
• JDK8采用CAS+synchronized实现
• 分段锁设计提高并发性能
• 不允许null键和null值

Map<String, Object> concurrentMap = new ConcurrentHashMap<>();

四、线程安全容器

Java提供了多种线程安全的容器实现：

1. 传统线程安全类：

   • Vector
   • Hashtable
   • Collections.synchronizedXXX()包装类

2. JUC并发容器：

   • ConcurrentHashMap
   • CopyOnWriteArrayList
   • CopyOnWriteArraySet
   • ConcurrentLinkedQueue
   • ConcurrentSkipListMap
   • ConcurrentSkipListSet

// CopyOnWriteArrayList示例
List<String> cowList = new CopyOnWriteArrayList<>();

// ConcurrentLinkedQueue示例
Queue<String> clQueue = new ConcurrentLinkedQueue<>();

五、特殊用途容器

WeakHashMap

• 使用弱引用作为键
• 适合实现缓存
• 当键不再被强引用时，条目会被自动移除

Map<Object, String> weakMap = new WeakHashMap<>();

IdentityHashMap

• 使用==而不是equals()比较键
• 适合需要对象标识的场景

Map<String, String> identityMap = new IdentityHashMap<>();

EnumMap

• 专为枚举键设计的Map
• 内部使用数组实现，效率极高

enum Day { MONDAY, TUESDAY }
Map<Day, String> enumMap = new EnumMap<>(Day.class);

六、容器选择指南

选择容器时应考虑以下因素：

1. 元素特性：

   • 是否需要有序（List vs Set）
   • 是否需要唯一（Set vs List）
   • 是否需要键值对（Map）

2. 性能需求：

   • 随机访问：ArrayList
   • 频繁插入删除：LinkedList
   • 快速查找：HashSet/HashMap

3. 线程安全：

   • 单线程环境：普通容器
   • 多线程环境：并发容器

4. 特殊需求：

   • 排序：TreeSet/TreeMap
   • LRU缓存：LinkedHashMap
   • 弱引用：WeakHashMap

七、总结

Java提供了丰富的容器类来满足各种场景下的数据存储需求。理解不同容器的实现原理和特性，能够帮助开发者根据具体场景选择最合适的容器，从而编写出更高效、更健壮的代码。随着Java版本的更新，容器框架也在不断优化（如JDK8中HashMap引入红黑树），开发者应及时了解这些变化。

在实际开发中，建议： 1. 优先使用接口类型声明变量 2. 多考虑使用JUC包中的并发容器 3. 注意容器的初始容量和负载因子设置 4. 对于只读场景，考虑使用不可变集合

// 最佳实践示例
List<String> list = new ArrayList<>(100); // 预设容量
Map<String, Object> map = Collections.unmodifiableMap(existingMap); // 不可变视图

通过合理选择和使用Java容器，可以显著提高程序的性能和可维护性。 “`