1. 核心概念：Collection 是什么？它和 Collections 有什么区别？
2. 整体架构图：Collection 在整个集合框架中的位置。
3. 主要接口详解：List, Set, Queue 的特点和常用实现类。
4. 遍历方式：如何高效地遍历集合。
5. 常用工具类：Collections 类提供了哪些静态方法。
6. 总结与选择：如何根据业务场景选择合适的集合。

核心概念：Collection vs Collections

这是一个非常常见的面试题,也是初学者容易混淆的地方。

java.util.Collection

• 它是一个接口，位于集合框架的顶层。
• 它是 List, Set, Queue 这三个核心接口的父接口。
• 它定义了所有单列集合（存储一组对象）最共有的方法，
  • add(E e): 添加元素
  • remove(Object o): 删除元素
  • contains(Object o): 判断是否包含元素
  • size(): 获取元素个数
  • iterator(): 获取迭代器，用于遍历集合
  • isEmpty(): 判断集合是否为空
• 注意：Collection 接口本身不直接提供实现，我们通常使用的是它的子接口（如 List）的实现类（如 ArrayList）。

java.util.Collections

• 它是一个工具类，里面包含的都是静态方法。
• 它提供了一系列对 Collection 或 Map 进行操作的算法和工具方法，
  • 排序：sort(List<T> list)
  • 查找：binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key)
  • 线程安全化：synchronizedList(List<T> list)
  • 创建不可变集合：unmodifiableList(List<? extends T> list)
  • 填充：fill(List<? super T> list, T obj)

一句话总结：

• Collection 是一个接口，是集合的“祖宗”。
• Collections 是一个工具类，是集合的“工具箱”。

整体架构图

理解了 Collection 的位置，再看下面的架构图就清晰多了。

• 最顶层：Iterable 接口，这是整个集合框架的“根”，实现了这个接口的类就可以使用 for-each 循环。Collection 继承了 Iterable。
• 核心接口：
  • Collection: 所有单列集合的父接口。
  • Map: 存储键值对 的集合，不属于 Collection 体系，但同样是集合框架的核心部分。
• 三大子接口：
  • List: 有序、可重复。
  • Set: 无序（指存取顺序）、不可重复。
  • Queue: 队列，遵循先进先出 的原则。
• 实现类：就是我们在日常编码中真正使用的类，如 ArrayList, HashSet, HashMap 等。

主要接口详解

List 接口

特点：有序（存储顺序和取出顺序一致）、可重复（允许存储 null 值）。

示例代码：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("Alice");
names.add("Bob");
names.add("Alice"); // 允许重复
names.add(0, "Charlie"); // 在指定位置插入
System.out.println(names.get(1)); // 输出: Alice
System.out.println(names.contains("Bob")); // 输出: true

Set 接口

特点：无序（指存取顺序不保证一致）、不可重复（不能存储重复元素）。Set 的具体实现类决定了其元素的“无序”程度。

注意：HashSet 和 LinkedHashSet 要求元素必须重写 equals() 和 hashCode() 方法；TreeSet 要求元素必须实现 Comparable 接口或提供 Comparator。

示例代码：

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;
// HashSet
Set<String> uniqueNames = new HashSet<>();
uniqueNames.add("David");
uniqueNames.add("Eve");
uniqueNames.add("David"); // 重复元素，不会被添加
System.out.println(uniqueNames); // 输出可能是 [Eve, David]，顺序不确定
// TreeSet
Set<Integer> numbers = new TreeSet<>();
numbers.add(10);
numbers.add(5);
numbers.add(20);
System.out.println(numbers); // 输出 [5, 10, 20]，自动排序

Queue 接口

特点：队列，遵循先进先出 的原则，常用于多线程场景。

示例代码：

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
Queue<String> queue = new LinkedList<>();
queue.add("A");
queue.add("B");
queue.add("C");
// FIFO
System.out.println(queue.poll()); // 移除并返回头部元素，输出: A
System.out.println(queue.peek()); // 查看头部元素但不移除，输出: B

遍历方式

有四种主要的遍历方式,推荐使用 迭代器 和 for-each 循环。

迭代器遍历（最安全、最通用）

可以在遍历时安全地删除元素。

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C"));
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    String item = iterator.next();
    if ("B".equals(item)) {
        iterator.remove(); // 安全删除
    }
}

for-each 循环（最简洁、推荐）

底层也是使用的迭代器,不能在遍历时修改集合（会抛出 ConcurrentModificationException）。

for (String item : list) {
    System.out.println(item);
}

传统 for 循环（适用于 List）

可以通过索引访问,但不适用于 Set 和 Queue。

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    System.out.println(list.get(i));
}

JDK 8+ Stream API（函数式风格，功能强大）

非常适合进行复杂的链式操作,如过滤、映射、聚合。

list.stream()
    .filter(s -> !"B".equals(s)) // 过滤掉 B
    .forEach(System.out::println); // 打印

常用工具类 Collections

Collections 类提供了大量静态方法来操作集合。

List<Integer> numbers = new ArrayList<>(Arrays.asList(3, 1, 4, 1, 5));
// 1. 排序
Collections.sort(numbers); // [1, 1, 3, 4, 5]
// 2. 二分查找（前提是集合已排序）
int index = Collections.binarySearch(numbers, 4); // 返回 3
// 3. 反转
Collections.reverse(numbers); // [5, 4, 3, 1, 1]
// 4. 打乱顺序
Collections.shuffle(numbers);
// 5. 线程安全化
List<Integer> synchronizedList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
// 6. 创建不可变集合
List<Integer> unmodifiableList = Collections.unmodifiableList(numbers);
// unmodifiableList.add(10); // 会抛出 UnsupportedOperationException

总结与选择：如何选择合适的集合？

这是一个非常重要的问题,选择合适的集合能让程序更高效、更健壮。

希望这份详细的梳理能帮助你彻底理解 Java 中的 Collection！