Java基础的数据结构类梳理和总结

虽然用了Java多年，但一直没有对其基础的数据结构类做过系统的总结。最近有个契机，我对其进行了全面总结，以便后续在使用时能够快速索引和参考。

Java 中的基础数据结构主要包括集合框架（Collection Framework）和映射（Map）。它们提供了多种接口和实现类，便于开发者高效地管理和操作数据。这些数据结构的继承关系错综复杂，但可以通过几个核心接口和类来理解其主要结构。如下图：

图中可以看出主要分为Collection和Map体系，这里对其分别进行拆解。

Collection体系：

List（列表）：

List是有序集合，允许重复元素。
常见的实现类有ArrayList和LinkedList。
- ArrayList基于动态数组实现，支持随机访问。
- LinkedList基于链表实现，支持高效的插入和删除操作。

Set（集）：

Set是不允许重复元素的集合，不保证元素的顺序。
常见的实现类有HashSet、TreeSet和LinkedHashSet。
- HashSet基于哈希表实现，具有快速查找的特性。
- TreeSet基于红黑树实现，提供了有序的集合。
- LinkedHashSet继承自HashSet，但保留了元素的插入顺序。

Queue（队列）

Queue是一种先进先出（FIFO）的数据结构，常用于任务调度等场景。
常见的实现类有LinkedList，PriorityQueue，PriorityBlockingQueue。
- LinkedList 实现一个先进先出的队列。
- PriorityQueue 实现了一个优先队列：从队首获取元素时，总是获取优先级最高的元素。非阻塞、非线程安全、无边界。
- PriorityBlockingQueue：支持优先级排序的无边界阻塞队列实现类，阻塞、线程安全、无边界。

Deque（双端队列）：

Deque是一种同时支持在两端进行插入和删除操作的队列，可以作为栈使用。
常见的实现类有ArrayDeque，LinkedList，ConcurrentLinkedDeque。
- ArrayDeque是基于动态数组实现的双端队列，适用于栈（LIFO）和队列（FIFO）两种场景。
- LinkedList实现了Deque接口，基于双向链表，可用作队列、双端队列、栈，支持所有List接口。
- ConcurrentLinkedDeque是一个基于链表的无界线程安全双端队列，并发操作高效，适用于多线程环境。基于CAS（Compare-And-Swap）算法实现。

Map 体系

Map接口表示键值对的集合，不允许重复的键，但允许重复的值。

其主要实现类包含: HashMap,LinkedHashMap,HashTable,TreeMap。
HashMap基于哈希表的实现，允许null键和null值。提供常数时间复杂度的基本操作（如插入、删除和访问），但不保证顺序。非线程安全，适用于单线程环境。
LinkedHashMap继承自HashMap，并且通过双向链表维护插入顺序。除了具有HashMap的所有特性，还维护了键值对的插入顺序或访问顺序。非线程安全，适用于单线程环境。
HashTable基于哈希表的实现，类似于HashMap，但不允许null键和null值。所有方法都是同步的，因此是线程安全的，但性能相对较低。线程安全，适用于多线程环境。
TreeMap基于红黑树实现的有序映射，键值对按键的自然顺序或通过提供的Comparator进行排序。提供O(log n)时间复杂度的基本操作，键值对是有序的，非线程安全，适用于单线程环境。

QA环节：

1、除了以上的类，还有其他的类吗？

答：有很多其他的类，如果一些复杂的功能以上类无法满足，除了自己实现之外，可参考官网文档寻找其他类：Java Platform, Standard Edition 8 API Specification—https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/

2、选择基础类时，是否需要关注线程安全？

答：对于无需考虑多线程的情况下，优先选择非线程安全，因为其性能较好。

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