第四章：集合框架

4.1 集合接口

概述

Java集合框架（Java Collections Framework, JCF）提供了一套标准化的接口和类，用于存储和操作数据集合。集合接口是框架的核心，定义了集合的基本行为和操作方式。通过统一的接口设计，开发者可以更灵活地选择适合的集合实现类。

核心接口

Java集合框架中定义了以下核心接口：

  1. Collection接口
    所有集合类的根接口，定义了集合的基本操作，如添加、删除、遍历等。
    子接口包括：

    • List：有序、可重复的集合。
    • Set：无序、不可重复的集合。
    • Queue：队列，支持先进先出（FIFO）或优先级排序。

  2. Map接口
    独立于Collection接口，表示键值对（Key-Value）的映射关系。
    特点：

    • 键（Key）唯一，值（Value）可重复。
    • 常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap。

  3. Iterable接口
    所有集合类通过实现Iterable接口支持增强型for循环（for-each）遍历。

常用方法

以下是Collection和Map接口的常用方法示例：

Collection接口方法

boolean add(E e);          // 添加元素
boolean remove(Object o);   // 删除元素
int size();                // 返回集合大小
boolean isEmpty();         // 判断集合是否为空
Iterator<E> iterator();    // 返回迭代器

Map接口方法

V put(K key, V value);     // 添加键值对
V get(Object key);         // 根据键获取值
V remove(Object key);      // 删除键值对
Set<K> keySet();           // 返回所有键的集合

接口关系图

classDiagram
    Iterable <|-- Collection
    Collection <|-- List
    Collection <|-- Set
    Collection <|-- Queue
    Map <|-- SortedMap

选择接口的原则

  1. 是否需要有序：
    • 有序：List（如ArrayList、LinkedList）。
    • 无序：Set（如HashSet）。
  2. 是否需要键值对：
    • 是：选择Map接口的实现类。
  3. 是否需要线程安全：
    • 是：使用Collections.synchronizedXXX()包装或并发集合类（如ConcurrentHashMap）。

示例代码

// 使用List接口
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Java");
list.add("Python");
System.out.println(list);  // 输出: [Java, Python]

// 使用Map接口
Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
map.put(1, "One");
map.put(2, "Two");
System.out.println(map.get(1));  // 输出: One

总结

集合接口是Java集合框架的基础，通过统一的接口设计实现了数据存储的灵活性和扩展性。理解接口的层次结构和核心方法，是高效使用集合框架的关键。

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