Java 容器详解—— 常用容器类入门

本文从零开始讲解 Java 中的容器（集合）体系，包括 List、Set、Map 等核心接口和实现类，是 Java 容器知识的全面总结。通过学习本篇文章，你将掌握 Java 容器的基本结构与使用方法，并能根据实际需求选择合适的容器类型。

一、什么是 Java 容器？

在 Java 编程中，容器（Container） 是用来存储和管理多个对象的结构。Java 提供了一套功能强大的容器类库 —— Java Collection Framework（JCF），位于 java.util 包中。

容器的作用：

存储一组对象（元素）提供对这些对象的增删改查操作支持遍历、排序、查找等常见操作拥有不同特性以适应不同的业务场景

二、Java 容器体系结构

Java 容器主要包括两大类：

类型接口/类特点单列集合Collection 接口及其实现类（如 List、Set）存储独立的元素双列集合Map 接口及其实现类（如 HashMap、TreeMap）存储键值对（Key-Value）

它们之间的关系如下：

Collection

├── List：有序、可重复

├── Set：无序、不可重复

└── Queue：队列结构（先进先出）

Map

├── HashMap：基于哈希表

├── TreeMap：基于红黑树，按键排序

└── LinkedHashMap：保持插入顺序

三、常用的容器类介绍与使用

1. List 接口（有序、可重复）

List 是一个有序的集合，允许元素重复，并可以通过索引访问。

常用实现类：

ArrayList：基于动态数组实现，查询快，增删慢。LinkedList：基于链表实现，增删快，查询慢。

示例代码：

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

public class ListDemo {

public static void main(String[] args) {

List list = new ArrayList<>();

list.add("Apple");

list.add("Banana");

list.add("Orange");

System.out.println("元素个数：" + list.size());

System.out.println("第二个元素：" + list.get(1));

}

}

2. Set 接口（无序、不重复）

Set 是一个不允许重复元素的集合，常用于去重。

常用实现类：

HashSet：基于哈希表实现，无序但效率高。LinkedHashSet：保持插入顺序。TreeSet：自动排序。

示例代码：

import java.util.HashSet;

import java.util.Set;

public class SetDemo {

public static void main(String[] args) {

Set set = new HashSet<>();

set.add("A");

set.add("B");

set.add("A"); // 重复元素不会被添加

System.out.println("元素数量：" + set.size());

for (String s : set) {

System.out.print(s + " ");

}

}

}

3. Map 接口（键值对集合）

Map 用于存储键值对（Key-Value），每个键只能对应一个值。

常用实现类：

HashMap：基于哈希表，性能好，但不保证顺序。TreeMap：按键排序。LinkedHashMap：按插入或访问顺序排列。

示例代码：

import java.util.HashMap;

import java.util.Map;

public class MapDemo {

public static void main(String[] args) {

Map map = new HashMap<>();

map.put("Tom", 85);

map.put("Jerry", 90);

System.out.println("Tom的成绩：" + map.get("Tom"));

for (Map.Entry entry : map.entrySet()) {

System.out.println(entry.getKey() + " -> " + entry.getValue());

}

}

}

四、迭代器 Iterator 的使用

Iterator 是 Java 集合框架中专门用于遍历集合的工具类，适用于所有实现了 Collection 接口的容器。

示例代码：

import java.util.ArrayList;

import java.util.Iterator;

import java.util.List;

public class IteratorDemo {

public static void main(String[] args) {

List list = new ArrayList<>();

list.add("Java");

list.add("Python");

list.add("C++");

Iterator iterator = list.iterator();

while (iterator.hasNext()) {

String lang = iterator.next();

System.out.println(lang);

}

}

}

五、通过查询帮助文档学习 JDK API

在 Java 开发中，我们经常需要查阅官方 API 文档来了解某个类或方法的功能和使用方式。Oracle 官方提供了完整的 JDK API 文档，是学习 Java 不可或缺的资源。

以 indexOf() 方法为例

假设我们想查找某个元素在 List 中的位置，可以使用 indexOf(Object o) 方法。

步骤如下：

打开 JDK 17 API 文档首页在搜索框输入 List，点击进入 java.util.List 接口页面查找方法列表中的 indexOf(Object o) 方法查看说明：

Returns the index of the first occurrence of the specified element in this list, or -1 if this list does not contain the element.

使用示例：

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

public class IndexOfDemo {

public static void main(String[] args) {

List list = new ArrayList<>();

list.add("Apple");

list.add("Banana");

list.add("Orange");

int index = list.indexOf("Banana");

if (index != -1) {

System.out.println("Banana 的位置是：" + index);

} else {

System.out.println("Banana 不存在于列表中");

}

}

}

输出结果：

Banana 的位置是：1

通过查阅官方文档，我们可以准确地了解每个方法的功能、返回值含义以及可能抛出的异常信息，从而写出更安全、规范的代码。

六、实战练习：自定义字符串栈 StringStack

下面我们将通过一个实例来加深对容器的理解：实现一个字符串栈 StringStack，支持基本的入栈 (push) 和出栈 (pop) 操作。

题目描述

编写一个名为 StringStack 的类，内部使用 List 来模拟栈结构，要求包含以下方法：

void push(String item)：将元素压入栈顶；String pop()：弹出栈顶元素并返回；boolean isEmpty()：判断栈是否为空；int size()：返回栈中元素个数；

示例主函数

public class Main {

public static void main(String[] args) {

StringStack stack = new StringStack();

stack.push("Hello");

stack.push("World");

System.out.println(stack.pop()); // World

System.out.println(stack.pop()); // Hello

System.out.println(stack.isEmpty()); // true

}

}

实现代码

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

public class StringStack {

private List elements;

public StringStack() {

elements = new ArrayList<>();

}

public void push(String item) {

elements.add(item); // 添加到末尾，模拟栈顶

}

public String pop() {

if (isEmpty()) {

throw new IllegalStateException("栈为空，无法出栈");

}

return elements.remove(elements.size() - 1); // 移除最后一个元素

}

public boolean isEmpty() {

return elements.isEmpty();

}

public int size() {

return elements.size();

}

}

补充说明

使用 ArrayList 实现栈是因为其尾部插入和删除操作的时间复杂度为 O(1)；也可以使用 Deque（双端队列）作为底层结构，推荐使用 ArrayDeque；

例如：

import java.util.ArrayDeque;

import java.util.Deque;

public class StringStack {

private Deque stack = new ArrayDeque<>();

public void push(String item) {

stack.push(item); // Deque 的 push 方法

}

public String pop() {

return stack.pop(); // 出栈

}

public boolean isEmpty() {

return stack.isEmpty();

}

public int size() {

return stack.size();

}

}

七、选择合适容器的建议

使用场景推荐容器元素需要按顺序存储并频繁访问ArrayList经常进行插入删除操作LinkedList不允许重复元素HashSet需要按键排序TreeMap需要键值对结构HashMap需要栈结构ArrayDeque（推荐）、ArrayList需要保留插入顺序LinkedHashSet / LinkedHashMap

八、结语

Java 容器是 Java 编程中最基础也最重要的部分之一。通过合理使用 List、Set 和 Map，我们可以高效地处理各种数据结构问题。同时，学会查阅官方 API 文档，也是提升编程能力的重要一步。

希望本篇文章能够帮助你建立起对 Java 容器的整体认识，并为后续学习集合进阶内容打下坚实的基础。

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