Java常用集合类库与使用技巧

ArrayList随机访问O(1)但中间插入O(n)，LinkedList头尾增删O(1)但随机访问O(n)；ArrayDeque比LinkedList更优；HashMap应预设容量避免扩容；TreeSet/TreeMap需正确实现Comparable或Comparator。

ArrayList 和 LinkedList 的性能差异到底在哪

增删改查场景不同，选错集合类会拖慢整个应用。ArrayList 底层是数组，get(int index) 是 O(1)，但 add(int index, E element) 在中间插入要移动后续元素，最坏 O(n)；LinkedList 是双向链表，addFirst()、addLast() 都是 O(1)，但 get(int index) 得从头或尾遍历，O(n/2) → 实际还是 O(n)。

常见错误：用 LinkedList 做大量随机访问（比如循环中反复 get(i)），性能比 ArrayList 差 3–5 倍；或者用 ArrayList 在头部频繁 add(0, x)，每次触发数组整体拷贝。

• 查多改少、需随机索引 → 优先 ArrayList
• 高频头/尾插入删除、不依赖索引 → LinkedList 可用，但多数情况 ArrayDeque 更优（见下条）
• Java 8+ 中 LinkedList 的迭代器没有优化，for-each 循环仍会触发 get() 查找，应改用 iterator() 或增强 for 配合 forEach()

ArrayDeque 比 LinkedList 更适合做栈和队列

ArrayDeque 是 Java 推荐的双端队列实现，底层是循环数组，既避免了 LinkedList 的节点对象开销（每个元素多 2 个引用 + 对象头），又比 ArrayList 的头插更高效——它通过调整头尾指针实现 O(1) 的 addFirst() 和 addLast()。

典型误用：用 new LinkedList() 实现栈（push()/pop()）或队列（offer()/poll()）。虽然语法兼容，但 LinkedList 每次操作都要新建/回收节点，GC 压力大，且缓存局部性差。

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• 替代栈：用 ArrayDeque 而非 Stack（已过时）或 LinkedList；push()、pop()、peek() 全部支持
• 替代队列：用 ArrayDeque 实现 FIFO，offer() / poll() / peek() 行为一致，且吞吐量高 2–4 倍
• 注意：它不是线程安全的，多线程需包装为 Collections.synchronizedDeque() 或换用 ConcurrentLinkedDeque

HashMap 初始化容量与负载因子怎么设才不扩容

默认 HashMap 初始容量是 16，负载因子 0.75，意味着放 12 个元素就触发第一次扩容（rehash）。扩容要重建哈希表、重散列所有键，代价很高。如果预估大小明确，应直接指定初始容量。

关键点：传入的初始容量会被自动提升到「大于等于该值的最小 2 的幂」。比如 new HashMap(20) 实际容量是 32，而非 20；而 new HashMap(32) 才真正是 32。

• 估算元素数 N，按公式算： (int) Math.ceil(N / 0.75)，再向上取最近 2 的幂（如 N=100 → 134 → 实际用 128 或 256）
• 若键是自定义对象，务必重写 equals() 和 hashCode()，否则可能同 key 被当成不同 key 存入多个副本
• 并发场景别硬套 HashMap，即使加了 synchronized，也建议直接用 ConcurrentHashMap；它分段锁 + CAS，在 JDK 8+ 后用 Node 数组 + 红黑树，读操作完全无锁

TreeSet / TreeMap 的排序陷阱：自然序 vs 自定义比较器

TreeSet 和 TreeMap 底层是红黑树，要求元素可排序。要么实现 Comparable 接口（提供自然序），要么构造时传 Comparator。两者不能混用：如果类实现了 Comparable，但构造 TreeSet 时又传了 Comparator，后者会覆盖前者。

典型报错：ClassCastException: class X cannot be cast to class java.lang.Comparable，说明你往没实现 Comparable 的 TreeSet 里塞了对象，也没传比较器。

• 字符串、数字等 JDK 类型自带自然序，可直接用；自定义类必须实现 Comparable 或显式传 Comparator
• 比较器逻辑必须满足「自反性、对称性、传递性」，否则树结构可能损坏，出现漏查、重复或 NullPointerException
• 注意 TreeSet 的 contains() 和 remove() 依赖比较结果，不是靠 equals()；若比较器把两个逻辑相等的对象判为不等，就会查不到

// 错误示例：Comparator 返回 0 仅当字段完全相同，但业务上 "name 忽略大小写 + age 相同" 才算等价
TreeSet set = new TreeSet<>((a, b) -> {
    int cmp = a.name.compareToIgnoreCase(b.name);
    return cmp != 0 ? cmp : Integer.compare(a.age, b.age);
});
// 正确：确保等价关系与 equals 语义一致，否则 remove("Alice", 30) 可能失败