【集合框架深度对比】：Commons-Collections与Java原生集合的比较

# 1. 集合框架基础回顾

集合是编程中不可或缺的一部分，尤其在Java语言中，集合框架为管理对象集提供了丰富的数据结构和算法。在本章中，我们将回顾Java集合框架的基础知识，为后续章节的深入探讨打下坚实的基础。首先，我们将介绍Java集合框架的基本概念，包括集合类型和接口。然后，我们将讨论集合框架中的核心类，如List、Set、Queue和Map的实现。最后，我们还将简要探讨Java集合框架的线程安全特性，以及其在不同场景下的性能考量，为理解集合框架的高级特性埋下伏笔。

## 1.1 Java集合框架的概念

Java集合框架定义了一组接口和类，用于存储和操作对象的集合。它支持不同类型的集合，如集合（Collection）和映射（Map）。Java集合框架的核心接口是`Collection`和`Map`，它们分别代表了单值元素的集合和键值对的集合。

## 1.2 集合的类型和接口

在Java集合框架中，`Collection`接口是最顶层的接口，它有两个直接子接口：`List`和`Set`。`List`保持了元素的插入顺序，而`Set`不允许重复元素。`Queue`接口主要用于处理一系列元素，并按照特定的顺序进行检索。与`Collection`不同，`Map`接口存储的是键值对，允许通过键快速检索对应的值。

## 1.3 Java集合框架的线程安全特性

Java集合框架提供了多种线程安全的集合实现，如`Vector`、`Stack`和`Collections.synchronizedList`等，它们在多线程环境下使用时能够提供同步支持。然而，并非所有的集合实现都是线程安全的，例如`ArrayList`和`HashMap`。在单线程环境中，这些非线程安全的集合可能提供更好的性能，但在需要线程安全的情况下，了解和选择合适的线程安全集合显得尤为重要。

## 示例代码

下面是一个简单的示例，展示如何使用Java集合框架中的`ArrayList`，这是`List`接口的一个常用实现：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class CollectionExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个ArrayList实例
        List<String> list = new ArrayList<>();

        // 添加元素
        list.add("Item 1");
        list.add("Item 2");
        list.add("Item 3");

        // 获取元素
        String item = list.get(1);
        System.out.println(item); // 输出: Item 2

        // 遍历集合
        for (String element : list) {
            System.out.println(element);
        }
    }
}

在上述代码中，我们创建了一个`ArrayList`的实例，并添加了三个字符串类型的元素。我们展示了如何通过索引获取元素，以及如何使用增强型for循环遍历集合中的所有元素。这只是Java集合框架中诸多可用操作中的一种，后续章节将深入探讨Java集合框架的更多细节和特性。

# 2. Java原生集合框架详解

## 2.1 Java集合框架的结构
Java集合框架为存储和操作对象集合提供了一套性能优化过的接口和类。其结构清晰且设计精良，旨在让程序员能够在处理多种类型的数据结构时，能够以一种通用且高效的方式进行操作。

### 2.1.1 Collection接口及其子接口

`Collection`是Java集合框架中最基础的接口之一，它代表一组对象，称为该集合的元素。主要的子接口包括`List`、`Set`和`Queue`。

- `List`：有序的集合，可以包含重复的元素。它允许多个`null`值，并且保持插入顺序。实现类如`ArrayList`和`LinkedList`。

- `Set`：不允许有重复的元素，更加关注于元素的唯一性而非顺序。实现类如`HashSet`和`TreeSet`。

- `Queue`：主要用于处理一组有序的元素，它按照FIFO（先进先出）原则进行管理。常用于处理任务队列等场景，实现类如`PriorityQueue`。

List<String> list = new ArrayList<>();
Set<Integer> set = new HashSet<>();
Queue<Double> queue = new PriorityQueue<>();

#### 表格：Java Collection接口的不同实现及其特性

| 接口类型 | 特性 | 代表实现类 | 元素排序方式 | 可否重复 | 插入顺序保持 |
|----------|--------------|----------------|--------------|----------|--------------|
| List | 有序，可重复 | ArrayList | 是 | 是 | 是 |
| | | LinkedList | 否 | 是 | 否 |
| Set | 无序，唯一 | HashSet | 否 | 否 | 否 |
| | | TreeSet | 自然排序 | 否 | 否 |
| Queue | FIFO | PriorityQueue | 优先队列排序 | 可以 | 否 |

### 2.1.2 Map接口及其子接口

`Map`接口不是`Collection`接口的子接口，但它是Java集合框架的核心部分。它存储键值对，其中每个键映射到一个值。`Map`不允许键重复，但值可以重复。

- `HashMap`：基于散列的Map实现。它允许`null`键和`null`值，并且不保证顺序。

- `TreeMap`：基于红黑树实现的`NavigableMap`接口。它可以保证元素的排序。

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
NavigableMap<String, Integer> sortedMap = new TreeMap<>();

#### 表格：Java Map接口的不同实现及其特性

| 接口类型 | 特性 | 代表实现类 | 元素排序方式 | 可否键重复 | 可否值重复 |
|----------|--------------|----------------|--------------|------------|------------|
| Map | 键值对 | HashMap | 否 | 是 | 是 |
| | | TreeMap | 自然排序 | 否 | 是 |

## 2.2 Java集合框架的核心类

### 2.2.1 List、Set、Queue的实现类分析

在Java集合框架中，`List`、`Set`和`Queue`接口的实现类是数据处理中的核心组件。

- `ArrayList`：基于动态数组实现，它提供了快速的随机访问和在列表末尾添加元素的操作。但当涉及到在列表中间插入或删除元素时，它的性能较差。

- `LinkedList`：基于双向链表实现，它在插入和删除操作上性能优越，尤其是当操作发生在列表的开头或结尾时。但随机访问性能不佳，因为它需要遍历链表。

- `HashSet`：基于`HashMap`实现，通过哈希算法来快速定位元素的位置。其性能体现在添加、删除和查找元素上，尤其是在不需要保持元素顺序的场景下。

- `TreeSet`：基于`TreeMap`实现，它维护了一个排序的树结构，从而提供了有序的集合。添加、删除和查找操作都具有对数时间复杂度。

- `PriorityQueue`：基于优先堆实现，使得每个元素都具有一定的优先级。它通常用于需要优先处理某些任务的场景。

// ArrayList 示例
List<String> arrayList = new ArrayList<>();
arrayList.add("apple");
arrayList.add("banana");
System.out.println(arrayList.