Java集合框架：什么是Java集合框架？List、Set与Map接口如何选择？底层原理实现在JDK 8、17、21有什么区别？

Java集合框架：什么是Java集合框架？List、Set与Map接口如何选择？底层原理实现在JDK 8、17、21有什么区别？

引言

在Java开发中，集合框架是必备工具之一，用于存储、操作和管理数据。List、Set和Map是最常用的接口，它们各自适用不同的场景。同时，随着JDK 8、JDK 17和JDK 21的不断升级，集合框架的底层实现也逐步优化，性能显著提升。在本篇文章中，猫头虎将详细解析：

• 什么是Java集合框架？
• List、Set与Map接口的选择与适用场景
• JDK 8、JDK 17、JDK 21中集合框架的底层原理与优化

掌握Java集合框架的核心概念和底层原理，让你写出高性能的代码！🚀

Java进阶之路：必知必会的核心知识点与JDK8、JDK17、JDK21版本对比

正文

问题背景：痛点描述

粉丝提问： 猫哥，Java中的List、Set和Map该如何选择？这些集合底层在JDK 8、17和21中有什么区别？

猫头虎解析：选择合适的集合类型可以大大提高程序性能。随着JDK版本升级，集合框架的底层实现也不断优化，特别是在并发安全与性能提升方面。

核心概念：什么是Java集合框架？

1. Java集合框架概述

Java集合框架是用来存储和管理对象的类和接口的集合，主要分为三大核心接口：

• List：有序、可重复的集合。
• Set：无序、不可重复的集合。
• Map：键值对存储数据，键不可重复。

2. 集合框架的类图

说明：

1. Collection是最顶层接口。
2. List与Set继承Collection，Map是独立接口。

List、Set与Map的选择与区别

1. List：有序且允许重复元素

示例代码 🚀

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("猫头虎");
list.add("Java");
System.out.println(list);

2. Set：无序且不允许重复元素

示例代码 🚀

Set<String> set = new HashSet<>();
set.add("猫头虎");
set.add("Java");
set.add("Java");  // 重复元素自动过滤
System.out.println(set);

3. Map：键值对存储，键唯一

示例代码 🚀

Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("key1", "猫头虎");
map.put("key2", "Java");
System.out.println(map);

JDK 8、17、21中集合框架的底层区别

1. HashMap底层实现

JDK 8：数组+链表+红黑树

• 当链表长度超过8且数组大小大于64时，链表转换为红黑树，提高查询效率。
• 核心优化：减少链表查询时间，从O(n)降为O(log n)。

JDK 17：性能优化

• 提升了并发访问性能，优化HashMap的线程安全。

JDK 21：内存与性能微调

• 虚拟线程的支持：在高并发场景下，集合类与虚拟线程结合，实现更高效的资源利用。

2. ArrayList与LinkedList的优化

JDK 8

• ArrayList扩容机制：默认初始容量为10，扩容为1.5倍。
• LinkedList结构基本无变化。

JDK 17与21

• 内存分配优化：减少了对象创建时的内存碎片，提高了GC效率。
• 并发访问提升：java.util.concurrent包进一步优化。

3. ConcurrentHashMap的演进

Q&A互动答疑

Q：什么时候使用HashMap，什么时候使用TreeMap？ A：

• HashMap：适用于无序的键值存储，查询效率高。
• TreeMap：适用于需要对键进行排序的场景。

Q：JDK 8后HashMap为什么引入红黑树？ A：当链表过长时，查询效率低。引入红黑树可以将查询时间从O(n)优化为O(log n)。

总结：集合框架的选择与底层原理

未来趋势与总结

随着JDK版本的升级，集合框架不断优化：

• JDK 8引入红黑树，提高HashMap查询效率。
• JDK 17优化了集合的并发性能与内存分配。
• JDK 21进一步配合使用，实现高性能并发编程。