Java中的集合类有哪些？如何分类的？

面试考察点

面试官提出这个问题，主要想考察以下几个方面：

对 Java 集合框架整体架构的理解：你是否能从宏观上把握 Collection 和 Map 两大核心接口及其子类体系，而不仅仅是背诵单个类的 API。
分类的逻辑与依据：你是否能清晰地说出分类的维度，例如按接口划分（Collection vs Map）、按数据结构划分（数组、链表、哈希表、树等）以及按线程安全划分。
对核心类特性的掌握：能否说出主流集合类（如 ArrayList、HashMap）的底层实现、特性及典型应用场景。面试官不仅想知道“是什么”，更想知道 “为什么选它” 和 “如何正确使用它”。
知识体系的完整性：是否能关联到迭代器（Iterator）、工具类（Collections）、Java 8+ 的 Stream API 等周边知识，展现一个立体的知识图谱。

核心答案

Java 集合类主要包含两大顶级接口：Collection 和 Map。整个集合框架可以按照以下逻辑进行分类：

按接口层次分类：
- Collection：存储一组对象的单列集合。它有三个主要子接口：
  - List： 有序、可重复 的集合，典型实现有 ArrayList、LinkedList、Vector。
  - Set： 无序、不可重复 的集合，典型实现有 HashSet、LinkedHashSet、TreeSet。
  - Queue：队列，典型实现有 LinkedList、PriorityQueue、ArrayDeque。
- Map：存储键值对（Key-Value）的双列集合。键不可重复。典型实现有 HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable。
按底层数据结构/特性分类：
- 基于数组： ArrayList、Vector、ArrayDeque、HashMap（Node数组 + 链表/红黑树）。
- 基于链表： LinkedList、LinkedHashSet、LinkedHashMap。
- 基于哈希表： HashSet、HashMap、Hashtable、LinkedHashMap。
- 基于红黑树： TreeSet、TreeMap、HashMap（链表转化）。
- 基于堆： PriorityQueue。
按线程安全性分类：
- 非线程安全（主流）： ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap 等。性能更高。
- 线程安全（遗留或专用）：
  - 古老的同步类： Vector、Hashtable。
  - Collections.synchronizedXxx() 包装器。
  - JUC（java.util.concurrent）包下的并发集合： ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList 等，采用更高效的并发控制机制。

深度解析

1. 设计哲学：接口与实现分离

整个集合框架的精髓在于 “面向接口编程”。List、Set、Map 等接口定义了行为契约，而具体的实现类（如 ArrayList、HashSet）负责实现细节。这使得我们可以轻松地替换实现，而无需修改业务代码，极大地提高了代码的灵活性和可维护性。

2. 关键数据结构与实现解析

ArrayList vs LinkedList：
- ArrayList 基于动态数组，支持 O(1) 的随机访问，但在中间插入/删除（需移动元素）是 O(n)。默认初始容量为 10，扩容系数为 1.5 倍。
```
// 代码示例：展示 ArrayList 与 LinkedList 在不同操作上的性能考量
List<String> arrayList = new ArrayList<>(); // 适合频繁查询
List<String> linkedList = new LinkedList<>(); // 适合频繁在头尾插入/删除
```
- LinkedList 基于双向链表，在任意位置插入/删除（已知位置）是 O(1)，但随机访问是 O(n)。它同时实现了 Deque 接口，可作为栈或双端队列使用。
- 最佳实践：ArrayList 是绝大多数情况下的默认选择，因为它对 CPU 缓存更友好，综合性能通常更好。除非有频繁在列表中间进行插入/删除操作的明确需求，否则优先使用 ArrayList。
HashMap 的工作原理：
1. 数据结构： JDK 8 以后，HashMap 采用 “数组 + 链表 + 红黑树” 结构。
2. 插入流程：
  - 根据键的 hashCode() 计算哈希值，再通过扰动函数（(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)）得到最终的哈希值 hash。
  - 使用 (n - 1) & hash 确定元素在数组（桶）中的索引。
  - 如果该位置为空，直接插入新节点。
  - 如果不为空（哈希冲突），则依次比较哈希值和键（equals）。若键相同，则更新值；若不同，则以链表形式存储在同一桶中。
  - 当链表长度超过 TREEIFY_THRESHOLD（默认为 8）且数组容量 >= MIN_TREEIFY_CAPACITY（默认为 64）时，链表将转化为红黑树，以将查找性能从 O(n) 提升至 O(log n)。
3. 扩容机制：当元素数量超过 容量 * 负载因子（默认 0.75）时，数组会扩容为原来的 2 倍，并重新计算所有元素的位置（rehash）。这是一个相对耗时的操作。

3. 实际应用与选择策略

需要快速访问元素？ 选 ArrayList 或 HashMap（通过键访问）。
需要元素有序？
- 插入顺序： LinkedHashSet / LinkedHashMap。
- 自然顺序或自定义顺序： TreeSet / TreeMap。
需要保证元素唯一？ 选 Set 接口下的实现。
多线程环境？ 绝不直接使用非线程安全的集合。优先考虑 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList 等 JUC 集合，它们比 synchronized 包装器性能更好。

4. 常见误区

滥用 ArrayList：在需要频繁删除或前端插入的场景下仍坚持使用 ArrayList，导致性能低下。
在多线程环境中直接使用 HashMap：这会导致数据不一致或程序崩溃，必须使用并发集合或进行外部同步。
混淆 Set 和 Map 的“唯一性”： Set 的 “唯一性” 由元素的 equals() 和 hashCode() 保证；Map 的 “唯一性” 仅针对键。
不了解 Iterator 的 fail-fast 机制：在使用迭代器遍历集合时，如果直接调用集合的 remove 方法修改集合，会抛出 ConcurrentModificationException。正确的做法是使用迭代器的 remove 方法。

总结

Java 集合框架的核心在于以 Collection 和 Map 为根的两大接口体系，其分类可从接口层次、数据结构及线程安全三个维度理解。选择集合类的黄金法则是：根据你的核心业务需求（顺序、唯一性、访问模式、线程环境）来选择最匹配数据结构的实现，理解其底层原理是进行高效、正确编码的基础。

发布于2026年01月21日|16:50:57