72. 集合框架概述

数组不够用了

前面学数组时你会发现，数组有个硬伤：长度固定，装多少在写代码时就得定死。

String[] names = new String[3]; // 最多装 3 个，第 4 个就爆
```bash

实际程序里，数据往往是变长的。用户今天注册 3 个，明天来 300 个，你不可能每次都改代码重编译。更麻烦的是，数组没有提供「删掉中间一个」「查某个元素在不在」这类现成方法，都得自己写循环实现。

集合框架就是为这事生的：它提供一组「能长大、能缩小、能随便增删」的容器，把增删查改的细节都封装好，你只管往里扔对象、调用现成方法。

## 一个框架，两种容器

Java 的集合框架（Collections Framework，简称 JCF）把容器分成两大家族。

```text
Collection（单列，装一个个元素）
├── List   有序、可重复
├── Set    无序、不可重复
└── Queue  队列，先进先出

Map（双列，装「键=值」配对）
└── HashMap / TreeMap / LinkedHashMap

一句话区分：Collection 像一串糖葫芦，每个位置插一个果子；Map 像一张通讯录，靠「名字」查「号码」。这是整套框架最底层的划分，后面所有接口都挂在这两个分支下面。

接口和实现分开

集合框架的精髓是「接口管约定，实现管细节」。你写代码时尽量面向接口，别死绑某个类。

// 面向 List 接口，底层换成 LinkedList 也不影响调用方
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("苹果");
list.add("香蕉");
```bash

这样做的好处是灵活：哪天发现 ArrayList 不够快，只要把 `new ArrayList<>()` 换成 `new LinkedList<>()`，下面所有 `add`、`get` 调用都不用改。统一的接口让「换实现」变成一行代码的事。

常用的「接口—实现」配对长这样：

- `List` → `ArrayList`（最常用）、`LinkedList`
- `Set` → `HashSet`（最常用）、`LinkedHashSet`、`TreeSet`
- `Queue`/`Deque` → `ArrayDeque`、`PriorityQueue`
- `Map` → `HashMap`（最常用）、`LinkedHashMap`、`TreeMap`

> [!NOTE]
> 记住一条经验：日常 90% 场景用 `ArrayList` + `HashSet` + `HashMap` 就够，先把这三个吃透，其他的用到再查。

## 为什么要用泛型

早期的集合能装任何 `Object`，取出来再强转，转错了运行才崩。

```java
// 历史兼容写法（别在主线上用）
List list = new ArrayList(); // 不写类型，装什么都行
list.add("字符串");
list.add(123);
String s = (String) list.get(1); // 运行时 ClassCastException

Java 5 引入泛型后，类型在编译期就锁死，写错直接红字报错，安全又省心。

List<String> list = new ArrayList<>(); // 只装 String
list.add("字符串");
// list.add(123); // 编译期就拦住，根本跑不到运行
```bash

本书主线统一用泛型写法（Java 25 LTS 默认如此）。所谓「裸类型」`List` 只在讲历史兼容时露一面。泛型还要求：放进集合的元素最好是「不可变」的，尤其是当元素要当 Set 成员或 Map 的键时，运行中改了它的内容，集合内部就乱套了。

## 该用哪个容器

选容器先问自己三个问题：

1. 要的是「一串元素」还是「键值配对」？前者用 Collection，后者用 Map。
2. 元素能不能重复？能重复用 List，不能重复用 Set。
3. 要不要保序、要不要排序？保插入顺序用 LinkedHashSet/LinkedHashMap，要自动排序用 TreeSet/TreeMap。

> [!TIP]
> 拿不准就先用 `ArrayList` 和 `HashMap`。它们性能均衡、资料最多，等真遇到瓶颈再换更专门的实现。

## 历史兼容的类，先认识别用

你会在老代码里看到 `Vector`、`Hashtable`、`Stack` 这几个名字。它们是 Java 1.0 的「古董」，方法上都加了同步锁，性能差、设计也过时。

```java
// 历史兼容写法，新代码不要这么写
Vector<String> v = new Vector<>();   // 方法全同步，慢
Hashtable<String, Integer> h = new Hashtable<>(); // 同样是老古董

跑一个最小的例子

下面这段能直接编译运行，感受下集合的顺手：

import java.util.*;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>(List.of("甲", "乙", "甲"));
        Set<String> set = new HashSet<>(list); // 自动去重
        System.out.println("列表：" + list); // [甲, 乙, 甲]
        System.out.println("集合：" + set);  // [甲, 乙]
    }
}
```bash

注意 `List.of(...)` 是 Java 9 起的工厂方法，比 `new ArrayList<>()` 再一个个 add 更简洁；它返回的是不可变列表，适合当初始数据。

## 集合里装的是对象，不是基本类型

有个常见疑问：集合能装 `int`、`double` 吗？答案是集合的泛型参数只能用引用类型，所以你写 `List<int>` 会直接报错。

```java
List<Integer> nums = new ArrayList<>();
nums.add(10);  // 这里发生了自动装箱：10 被包成 Integer
nums.add(20);
int x = nums.get(0); // 自动拆箱：Integer 变回 int

Java 5 的「自动装箱/拆箱」让 int 和 Integer 之间自动转换，写起来像直接装了 int。但要心里有数：集合里存的始终是对象。大量装小数字时，每个都会生成一个 Integer 对象，极端性能场景要注意这点。

不可变集合也值得认识

除了可变的 ArrayList 这类，Java 9 起还提供了一组「不可变集合」：List.of、Set.of、Map.of。它们创建后不能增删改，适合当固定配置或返回值，既安全又省内存。

List<String> fixed = List.of("红", "黄", "蓝");
// fixed.add("绿"); // 抛 UnsupportedOperationException
```bash

可变集合负责日常增删，不可变集合负责「定下来就不再变」的数据，两者配合着用。

## 小结

集合框架用一套统一接口，把「装数据」这件麻烦事标准化了。Collection 管单列元素，Map 管键值配对；每个接口下有好几个实现类，按「要不要重复、要不要保序、要不要排序」来挑。集合只装对象、靠自动装箱兼容基本类型，还有可变与不可变两套选择。

后面几章，我们一个接口一个接口拆开讲，从最常用、最该先学的 `List` 和 `ArrayList` 开始。