Java集合（一）：集合框架与 List 体系

星辰逐梦2026/5/4大约 4 分钟

Java集合（一）：集合框架与 List 体系

导语：集合框架是 Java 面试的必考重镇。本篇先理清整体继承结构，再看 List 体系的选型、扩容机制与并发替代方案，共 11 题。

一、集合框架概览

1. Java 集合框架的整体结构是怎样的？

答：两大根接口：

Collection：存储单列元素，子接口有 List、Set、Queue。
Map：存储键值对（双列），不是 Collection 的子接口。

常用实现类：

List：ArrayList、LinkedList、Vector、Stack
Set：HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
Map：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、ConcurrentHashMap
Queue：PriorityQueue、ArrayDeque、BlockingQueue 系列

2. `List`、`Set`、`Map` 三者的区别？是否都继承自 `Collection`？

答：

List：有序、可重复、可存多个 null，有索引，支持按下标访问。
Set：无序（除 LinkedHashSet/TreeSet）、不可重复、最多一个 null。
Map：键值对，key 不可重复（最多一个 null），value 可重复（可多个 null）。
继承关系：List/Set 继承自 Collection；Map 不继承 Collection。

3. 什么场景选用 List / Set / Map？

答：

频繁按索引访问、需保序、允许重复 → List（增删多在尾部用 ArrayList，频繁中间增删用 LinkedList）。
需去重 → Set（HashSet 最快去重、LinkedHashSet 保插入序、TreeSet 保排序）。
需键值映射 → Map（无需排序用 HashMap，需排序用 TreeMap，保插入序用 LinkedHashMap）。

4. `Collection` 和 `Collections` 有什么区别？

答： Collection 是集合的根接口；Collections 是工具类（位于 java.util），提供大量静态方法：排序 sort、二分查找 binarySearch、线程安全包装 synchronizedList/Map、不可变包装 unmodifiableXXX、反转 reverse 等。

二、List 体系

5. `ArrayList` 和 `LinkedList` 的区别？

答：

维度	ArrayList	LinkedList
底层结构	动态数组 `Object[]`	双向链表
随机访问	O(1)，快	O(n)，慢
头/尾插删	需移动元素，慢（O(n)）	仅改指针，O(1)
中间插删	需移动后续元素，O(n)	需先遍历定位到插入点，O(n)
尾部插删	amortized O(1)	O(1)
内存占用	连续空间，可能有预留容量	每节点额外存前后指针，更占内存
线程安全	均不安全	均不安全

经验：读多写少（尤其随机访问）用 ArrayList；频繁在头部/中间插入删除用 LinkedList。

6. `ArrayList` 和 `Vector` 的区别？`Vector` 为何被淘汰？

答：

线程安全：Vector 方法用 synchronized 修饰，线程安全；ArrayList 不安全。
性能：Vector 同步开销大，单线程下慢于 ArrayList。
扩容：ArrayList 默认扩容 1.5 倍（旧容量 + 旧容量/2）；Vector 默认扩容 2 倍。
淘汰原因：Vector 粗粒度锁性能差，需要线程安全时用 Collections.synchronizedList 或 CopyOnWriteArrayList/ConcurrentHashMap 等更优方案。

7. `ArrayList` 的扩容机制是怎样的？

答：默认初始容量 10（JDK 7 延迟到首次 add 才建 10 容量数组）。当元素数量超过 容量 × 负载因子 时触发扩容：

计算新容量 = 旧容量 + (旧容量 >> 1)（即 1.5 倍）；
通过 Arrays.copyOf 把旧数组复制到新数组（代价较高的数组拷贝）。

建议：预知数据量时用 new ArrayList(int initialCapacity) 指定初始容量，避免多次扩容拷贝。

8. 多线程场景下如何使用 `ArrayList`？

答： ArrayList 本身不安全，多线程写入会出现数据覆盖、越界等问题。替代方案：

Collections.synchronizedList(new ArrayList<>())：方法级 synchronized，读也加锁，并发一般；
CopyOnWriteArrayList：写时复制，读无锁、线程安全，适合读多写极少的场景；
或用并发容器 ConcurrentLinkedQueue 等按业务替代。

9. 为什么 `ArrayList` 的 `elementData` 用 `transient` 修饰？

答： ArrayList 实现了 Serializable，但内部数组 elementData 常有预留但未使用的空间（容量 > 实际.size）。若直接序列化整个数组会浪费空间。因此 elementData 标 transient 不被默认序列化，而 ArrayList 自定义了 writeObject/readObject，只序列化 size 范围内的有效元素，反序列化时再重建，节省存储与传输。

10. `Array` 和 `ArrayList` 的区别？如何实现二者互转？

答：

数组长度固定、可存基本类型与对象；ArrayList 长度动态、只能存对象（基本类型自动装箱）。
互转：

// List -> Array
String[] arr = list.toArray(new String[0]);
// Array -> List
List<String> list = Arrays.asList(arr); // 注意：返回的 List 大小固定，不能 add/remove
// 如需可变：new ArrayList<>(Arrays.asList(arr))

11. `Stack` 了解吗？为什么推荐用 `Deque` 代替？

答： Stack 继承自 Vector，用 synchronized 实现线程安全（且继承自 Vector 暴露了所有向量方法，破坏栈语义）。现代推荐用 Deque 接口的实现 ArrayDeque 作为栈（push/pop/peek），非线程安全且更高效；需要并发栈用 ConcurrentLinkedDeque 或 BlockingDeque。