Java 中的集合类有哪些？如何分类的？

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Java 中的集合类有哪些？如何分类的？

结论先行：集合框架分成两大阵营——Collection（单个元素的集合）与 Map（键值对映射），Map 不继承 Collection。Collection 下再按语义分三支：List 有序可重复、Set 不重复、Queue / Deque 按队列规则进出。按线程安全又能分成基础实现、java.util.concurrent 并发容器、以及 List.of 这类不可变集合。

1. 一张图记住体系

Iterable
└── Collection
    ├── List（有序、可重复、有下标）
    │   ├── ArrayList        数组，随机访问快
    │   ├── LinkedList       双向链表，兼 Deque
    │   ├── Vector           遗留类，方法级同步
    │   └── CopyOnWriteArrayList   写时复制，读多写少
    ├── Set（不重复）
    │   ├── HashSet          哈希，无序
    │   ├── LinkedHashSet    插入顺序
    │   ├── TreeSet          排序（红黑树）
    │   ├── CopyOnWriteArraySet
    │   └── ConcurrentSkipListSet
    └── Queue / Deque（队列）
        ├── ArrayDeque       双端队列，可当栈
        ├── PriorityQueue    小顶堆
        ├── ArrayBlockingQueue / LinkedBlockingQueue
        ├── SynchronousQueue / DelayQueue
        └── ConcurrentLinkedQueue   无锁并发队列

Map（独立接口，不继承 Collection）
├── HashMap            数组 + 链表 + 红黑树
├── LinkedHashMap      额外维护插入/访问顺序
├── TreeMap            红黑树，按 key 排序
├── Hashtable          遗留类，整表锁
├── ConcurrentHashMap  CAS + 桶级锁
├── ConcurrentSkipListMap  跳表，有序并发
├── WeakHashMap        弱引用 key，可被 GC
├── IdentityHashMap    用 == 比较 key
└── EnumMap            枚举 key，数组实现

2. 三个子接口的语义边界

接口	有序性	允许重复	允许 null	代表实现	并发替代
`List`	有，按插入位置	是	是	ArrayList	CopyOnWriteArrayList
`Set`	取决于实现	否	HashSet 允许 1 个	HashSet	ConcurrentHashMap.newKeySet()
`Queue`	有，按入队顺序	是	LinkedList 允许	ArrayDeque	LinkedBlockingQueue
`Deque`	有，两端可操作	是	ArrayDeque 不允许	ArrayDeque	LinkedBlockingDeque
`Map`	取决于实现	key 不重复	HashMap 允许	HashMap	ConcurrentHashMap

3. Map 的选型看“顺序”和“并发”

实现	顺序	底层	适用场景
HashMap	无序	数组 + 链表 + 红黑树	通用键值存储
LinkedHashMap	插入顺序或访问顺序	HashMap + 双向链表	LRU 缓存、保持输出顺序
TreeMap	key 排序	红黑树	范围查询、排行榜
ConcurrentHashMap	无序	CAS + 桶级锁	并发读写
ConcurrentSkipListMap	key 排序	跳表	高并发有序场景
WeakHashMap	无序	哈希 + 弱引用	缓存、监听器注册表

4. 代码：按场景选容器

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
import java.util.TreeMap;

public class CollectionPick {
    public static void main(String[] args) {
        // 去重且保留首次出现顺序
        Set<String> seen = new LinkedHashSet<>();
        seen.add("b");
        seen.add("a");
        seen.add("b");
        System.out.println(seen); // 输出：[b, a]

        // 需要按 key 排序或范围查询
        Map<Integer, String> sorted = new TreeMap<>();
        sorted.put(3, "c");
        sorted.put(1, "a");
        System.out.println(sorted.firstKey()); // 输出：1

        // 栈语义用 ArrayDeque，而不是遗留的 Stack
        Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();
        stack.push(1);
        stack.push(2);
        System.out.println(stack.pop()); // 输出：2

        // 不可变集合：共享安全，修改直接抛异常
        List<String> ro = List.of("a", "b");
        System.out.println(ro.size()); // 输出：2
    }
}

5. 遗留类与常见坑

Vector、Hashtable、Stack 都是 JDK 1.0 的遗留实现。Stack 继承 Vector，每个方法都带 synchronized，已被 ArrayDeque 取代。
Arrays.asList(array) 返回定长列表，底层就是原数组，add / remove 会抛 UnsupportedOperationException。
List.of 返回真正的不可变集合，不接受 null，重复元素直接抛 IllegalArgumentException。
Collections.unmodifiableList 是视图，原列表改动仍会反映出来。
并发容器各有适用面：CopyOnWriteArrayList 适合读多写少，ConcurrentLinkedQueue 适合无界高并发队列，BlockingQueue 家族用于生产者-消费者。

常见追问

为什么 Map 不继承 Collection？ 语义不同：Collection 是元素容器，Map 是键到值的映射。若强行继承，add 与 put 的签名和语义会冲突，keySet、values 这些视图也难自洽。
Collection 和 Collections 有什么区别？ 前者是接口，后者是工具类，提供排序、同步包装、不可变包装等静态方法。
RandomAccess 有什么用？ 空标记接口，告诉通用算法“下标访问是 O(1)”，Collections.binarySearch 据此选择遍历方式。
为什么 ConcurrentHashMap 不允许 null？ 并发下无法区分“没有这个 key”和“值就是 null”。
如何快速选容器？ 先问三个问题：要不要 key、要不要去重、要不要顺序；再看是否并发。
HashMap 和 Hashtable 的初始容量为什么不同？ 前者容量取 2 的幂用位运算定位，后者取质数用取模散列。

小结

集合框架的记忆主线是“两个顶层接口 + 三种语义 + 一条并发支线”：Collection 管单元素，Map 管键值对；List 管顺序、Set 管唯一、Queue 管进出规则；并发场景从 java.util.concurrent 里挑对应实现。选型时先确定语义，再看顺序与并发要求，最后才比较常数性能。

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