Java 集合框架主要包括三个基本接口：Set、List、和 Map，其中 Set 用于存储无序的不可重复的对象，List 用于存储有序的可重复的对象，而 Map 用于存储带有键值对（键唯一）的对象。详细来说，Set 接口下有 HashSet、LinkedHashSet 及 TreeSet，List 接口下有 ArrayList、LinkedList 及 Vector，Map 接口下有 HashMap、LinkedHashMap、TreeMap 及 Hashtable。每种集合都有其独特的特点，例如HashSet保证了唯一性却无序，LinkedHashSet则同时保证了元素唯一性和顺序性，而TreeSet提供了有序集合的排序功能。下面将对这些集合进行详细介绍和比较。
一、SET 集合
Set 集合是元素唯一且无序的集合。
HashSet
HashSet 是基于 HashMap 实现的，它不保证集合的迭代顺序；尤其不保证该顺序恒久不变。它允许使用 null 元素，但最多只能有一个null。因为用 HashMap 保存元素，所以它的插入和查询操作都能保证接近常数时间的性能。
LinkedHashSet
LinkedHashSet 是 HashSet 的一个子类，它维护着一个运行于所有条目的双重链接列表。此链表定义了迭代顺序，即按照将元素插入到 set 中的顺序（插入顺序）进行迭代。对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet 是一个好选择。
TreeSet
TreeSet 实现了 SortedSet 接口，能够对集合中的对象进行排序。TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。默认情况下，TreeSet 会按照自然排序（升序）来排序集合元素，也可以通过提供一个 Comparator 在集合创建时进行自定义排序。
二、LIST 集合
List 集合是元素有序且可重复的集合。
ArrayList
ArrayList 是 List 接口的大小可变数组的实现。它允许所有元素，包括 null。ArrayList 允许随机快速访问元素，但是插入、删除元素时速度较慢，因为需要数组复制和移动数据。
LinkedList
LinkedList 实现了 List 接口和 Deque 接口。与 ArrayList 不同，LinkedList 的元素是双向链接的。它提供了更高效的添加和删除操作，但随机访问速度较慢。
Vector
Vector 和 ArrayList 类似，但是 Vector 是线程安全的。由于线程安全带来额外开销，Vector 在性能上比 ArrayList 稍差。它还包含了一些遗留方法，在新的代码中并不推荐使用。
三、MAP 集合
Map 集合是具有映射关系且存储键值对的集合，键是唯一的。
HashMap
HashMap 是基于哈希表的 Map 接口实现。此实现提供了所有可选的映射操作，并允许使用 null 值和 null 键。HashMap 不保证映射的顺序；特别是不保证该顺序恒久不变。
LinkedHashMap
LinkedHashMap 是 HashMap 的一个子类，它维护着一个可预知迭代顺序的链表，该链表决定了迭代的顺序，也就是插入顺序或者最近最少使用（LRU）顺序。由于其迭代顺序预知，它的一个用途是在缓存设计中。
TreeMap
TreeMap 是一种有序的键值对集合，它是通过红黑树实现的。TreeMap 实现 SortMap 接口，意味着它能够实现键的排序。排序可以是自然排序，也可以是创建时传入的 Comparator 确定的排序。
Hashtable
Hashtable 是旧版的实现，类似于 HashMap，它包含键值对。而它不允许键或值为 null。Hashtable 是同步的，导致性能上大为下降，因此现代应用程序一般不再使用它。
四、集合框架的选择和使用
选择正确的 Java 集合框架非常重要，这决定了程序的性能和灵活性。对于需要高速访问和插入的场合应该使用 ArrayList 而非 LinkedList。如果需要保持插入顺序，可以使用 LinkedHashMap 来替代 HashMap。对于需要排序的键值对，TreeMap 是一个很好的选择。无需线程安全时应该选择非同步的集合以提供更优的性能，如 HashMap 替代 Hashtable、ArrayList 替代 Vector。
当在多线程环境下需要线程安全时，可以使用 Collections 的 synchronizedList、synchronizedSet 和 synchronizedMap 方法来包装非同步的集合。这些方法会返回一个同步包装类保证线程安全，但它们的性能因为同步处理通常低于并发集合。
Java 集合框架中还包括了如 Queue、Deque、Stack 等其他接口和实现类，用以提供更多的数据结构支持。
在学习和使用 Java 集合框架时，理解每种集合的性质、使用场景以及优缺点，是非常重要的。实际应用中，根据具体需求合理选择集合类型，可以有效地优化程序性能和可维护性。
相关问答FAQs：
1. Java集合都有哪些种类？
Java集合类是用于存储和处理一组对象的数据结构。Java提供了许多不同种类的集合，包括List、Set、Map和Queue等。List是一个有序集合，可以包含重复的元素。Set是一个不包含重复元素的集合，它为每个元素定义了不同的哈希值。Map是一个键值对的集合，每个键对应一个唯一的值。Queue是一个先进先出的集合，用于处理元素的顺序。
2. List和Set在Java集合中有什么区别？
List是一个有序集合，它可以包含重复的元素。List中的元素按照插入的顺序进行排序，可以通过索引来访问每个元素。List有一些特殊的实现类，如ArrayList和LinkedList。ArrayList是一个使用动态数组实现的List，它支持快速的随机访问，但插入和删除操作比较慢。LinkedList是一个双向链表实现的List，它支持快速的插入和删除操作，但随机访问比较慢。
Set是一个不包含重复元素的集合，它为每个元素定义了不同的哈希值。Set的元素没有顺序，不能通过索引来访问。Set有一些特殊的实现类，如HashSet和TreeSet。HashSet是一个使用哈希表实现的Set，它支持快速的查找，但元素的顺序是不确定的。TreeSet是一个使用红黑树实现的Set，它支持有序的元素访问。
3. Java集合中的Map和Queue有什么特点？
Map是一个键值对的集合，每个键对应一个唯一的值。Map中的键不能重复，如果插入相同的键，则会替换对应的值。Map有一些特殊的实现类，如HashMap和TreeMap。HashMap是一个使用哈希表实现的Map，它支持快速的查找和插入操作，但元素的顺序是不确定的。TreeMap是一个使用红黑树实现的Map，它支持键的有序访问。
Queue是一个先进先出的集合，用于处理元素的顺序。Queue有一些特殊的实现类，如LinkedList和PriorityQueue。LinkedList是一个双向链表实现的Queue，它支持快速的插入和删除操作。PriorityQueue是一个使用二叉堆实现的Queue，它支持按照元素的优先级进行访问，优先级越高的元素被先出队列。
