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？

原创

猫头虎技术团队 2025-01-08 11:43:52 ©著作权

文章标签 java list 开发语言 java-ee maven 文章分类 JavaScript 前端开发

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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！🚀

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

**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**

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正文

**问题背景：痛点描述**
**核心概念：什么是Java集合框架？**

**1. Java集合框架概述**
**2. 集合框架的类图**

**List、Set与Map的选择与区别**

**1. List：有序且允许重复元素**
**2. Set：无序且不允许重复元素**
**3. Map：键值对存储，键唯一**

**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**
**JDK 17：性能优化**
**JDK 21：内存与性能微调**

**2. ArrayList与LinkedList的优化**

**JDK 8**
**JDK 17与21**

**3. ConcurrentHashMap的演进**

**Q&A互动答疑**
**总结：集合框架的选择与底层原理**
**未来趋势与总结**

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大家好，我是猫头虎，猫头虎技术团队创始人，也被大家称为猫哥。我目前是COC北京城市开发者社区主理人、COC西安城市开发者社区主理人，以及云原生开发者社区主理人，在多个技术领域如云原生、前端、后端、运维和AI都具备丰富经验。

我的博客内容涵盖广泛，主要分享技术教程、Bug解决方案、开发工具使用方法、前沿科技资讯、产品评测、产品使用体验，以及产品优缺点分析、横向对比、技术沙龙参会体验等。我的分享聚焦于云服务产品评测、AI产品对比、开发板性能测试和技术报告。

目前，我活跃在、51CTO、腾讯云、阿里云开发者社区、华为云开发者社区、知乎、微信公众号、视频号、抖音、B站、小红书等平台，全网粉丝已超过30万。我所有平台的IP名称统一为猫头虎或猫头虎技术团队。

我希望通过我的分享，帮助大家更好地掌握和使用各种技术产品，提升开发效率与体验。

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作者公众号：猫头虎技术团队
更新日期：2024年12月16日
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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

Collection接口

List接口

ArrayList

LinkedList

Set接口

HashSet

TreeSet

Map接口

HashMap

TreeMap

说明：

Collection是最顶层接口。
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

实现类	特点	使用场景
ArrayList	基于数组，查询快，插入删除慢，线程不安全。	适合查询多、插入删除少的场景。
LinkedList	基于双向链表，插入删除快，查询慢，线程不安全。	适合频繁插入和删除的场景。

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

实现类	特点	使用场景
HashSet	基于`HashMap`实现，无序，去重依赖`hashCode`。	适合存储无序、唯一元素集合。
TreeSet	基于红黑树，元素有序（自然排序或比较器）。	需要对元素排序的场景。

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

实现类	特点	使用场景
HashMap	基于哈希表，存储无序，键不可重复。	快速查找、键值存储。
TreeMap	基于红黑树，键有序（自然排序或自定义排序）。	需要对键排序的场景。

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

版本	优化内容
JDK 8	使用CAS操作与分段锁，提升并发性能。
JDK 17	优化哈希冲突解决，提升高并发环境下的吞吐量。
JDK 21	支持虚拟线程，与并发任务高效结合执行。

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

接口	实现类	特点	适用场景
List	ArrayList、LinkedList	有序、可重复	顺序存储与高频查询场景
Set	HashSet、TreeSet	无序、去重（HashSet无序，TreeSet有序）	唯一元素存储，需排序时用TreeSet
Map	HashMap、TreeMap	键值存储，键唯一	快速查找（HashMap），排序键（TreeMap）