1. 概述
Java 集合框架基于几个核心接口，并提供了十几种不同的实现类。这种丰富的选择有时反而让人困惑。
在实际开发中，选择合适的集合类型并不是一件小事。选错了，轻则影响代码可读性，重则拖垮性能。
本文不会一次性介绍所有集合类型，而是聚焦于最常用的三种：ArrayList、LinkedList 和 HashMap。我们将从数据存储方式、性能表现以及适用场景三个方面进行剖析，帮助你做出更合理的决策。
2. 集合基础
集合本质上就是一组对象的容器。Java 集合框架（Java Collections Framework）为我们提供了一套完整的数据结构和算法，用于高效地组织和操作这些对象。
2.1. 核心接口简介
Java 集合框架的核心接口有四个：List、Set、Map 和 Queue。在深入具体实现前，理解它们的设计意图非常关键。
下面简要说明我们在本文中会涉及的三个核心接口：
- List：有序集合，支持按索引访问和插入元素，允许重复值。
- Map：键值对映射结构，通过唯一键来快速查找对应的值。
- Queue：队列结构，遵循先进先出（FIFO）原则。
📌 HashMap 实现了 Map 接口；ArrayList 和 LinkedList 实现了 List 接口；而 LinkedList 同时还实现了 Queue 接口。
2.2. List 与 Map 的使用误区
一个常见的反模式是试图用 Map 来维护顺序。这样做不仅浪费资源，也偏离了 Map 的设计初衷。
✅ 虽然单一集合类型能解决很多问题，但这并不意味着它是最佳选择。
来看个反例，有人用 Map 来保存位置相关的数据：
Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
map.put(1, "Daniel");
map.put(2, "Marko");
for (String name : map.values()) {
assertThat(name).isIn(map.values());
}
assertThat(map.values()).containsExactlyInAnyOrder("Daniel", "Marko");
问题在于：遍历时无法保证元素顺序，因为 Map 本身就不保证插入顺序。
换成 List 写法更合理：
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Daniel");
list.add("Marko");
for (String name : list) {
assertThat(name).isIn(list);
}
assertThat(list).containsExactly("Daniel", "Marko");
📌 Map 适合基于键快速查找，而 List 更适合维护顺序或按索引操作。
3. ArrayList
ArrayList 是 Java 中使用频率最高的 List 实现类。它基于动态数组实现，支持自动扩容和缩容。
我们可以通过索引（从 0 开始）来访问元素，也可以在末尾或指定位置插入元素：
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Daniel");
list.add(0, "Marko");
assertThat(list).hasSize(2);
assertThat(list.get(0)).isEqualTo("Marko");
删除元素时可以指定索引或者对象本身：
List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("Daniel", "Marko"));
list.remove(1);
assertThat(list).hasSize(1);
assertThat(list).doesNotContain("Marko");
3.1. 性能分析
虽然 ArrayList 在底层使用数组实现，但它提供了自动扩容机制，简化了开发工作。
时间复杂度方面：
- ✅ 随机访问（通过索引获取元素）：
O(1) - ⚠️ 插入元素：
- 末尾插入：
O(1) - 指定位置插入：
O(n)（最坏情况需要复制整个数组）
- 末尾插入：
- ❌ 删除元素：
O(n)（需要移动后续元素） - 🔍 查找元素：
O(n)
3.2. 使用建议
如果你不确定用哪个 List 实现，ArrayList 是个不错的默认选择。
✅ 适合场景：
- 需要频繁通过索引访问元素
- 元素顺序需要保持一致
- 插入/删除操作集中在尾部
❌ 不适合场景：
- 频繁在中间插入/删除元素
- 大量基于值的查找操作
4. LinkedList
LinkedList 是一种双向链表实现，同时实现了 List 和 Deque 接口（Deque 是 Queue 的扩展）。每个节点都持有前驱和后继的引用。
除了常规的 List 操作，它还支持队列式操作：
LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
list.addLast("Daniel");
list.addFirst("Marko");
assertThat(list).hasSize(2);
assertThat(list.getLast()).isEqualTo("Daniel");
支持从头或尾部删除元素：
LinkedList<String> list = new LinkedList<>(Arrays.asList("Daniel", "Marko", "David"));
list.removeFirst();
list.removeLast();
assertThat(list).hasSize(1);
assertThat(list).containsExactly("Marko");
还支持栈式操作（如 push 和 poll）：
LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
list.push("Daniel");
list.push("Marko");
assertThat(list.poll()).isEqualTo("Marko");
assertThat(list).hasSize(1);
4.1. 性能分析
相比 ArrayList，LinkedList 内存开销更大（每个节点有两个引用），但在插入和删除操作上更高效。
- ✅ 插入/删除：
O(1)（只需修改指针） - ❌ 随机访问：
O(n)（需从头或尾遍历） - 🔍 查找元素：
O(n)
4.2. 使用建议
虽然大多数场景下 ArrayList 是首选，但在某些特定场景中 LinkedList 更合适。
✅ 适合场景：
- 频繁在任意位置插入/删除元素
- 需要模拟队列或栈行为
❌ 不适合场景：
- 需要频繁通过索引访问元素
- 基于值的查找较多
5. HashMap
与 ArrayList 和 LinkedList 不同，HashMap 实现了 Map 接口，存储的是键值对（key-value pairs）。每个键都唯一对应一个值。
Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("123456", "Daniel");
map.put("654321", "Marko");
assertThat(map.get("654321")).isEqualTo("Marko");
删除元素也必须通过键：
Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("123456", "Daniel");
map.put("654321", "Marko");
map.remove("654321");
assertThat(map).hasSize(1);
5.1. 性能分析
HashMap 之所以流行，是因为它在查找和插入操作上性能优异。
- ✅ 通过键查找/插入/删除：平均时间复杂度为
O(1) - ❌ 无键查找元素：
O(n)（需遍历所有键值对）
虽然 HashMap 不保证顺序，也不支持索引访问，但它在大数据量下的查找性能远优于 List。
5.2. 使用建议
HashMap 和 ArrayList 是 Java 中使用最频繁的两个集合类型。
✅ 适合场景：
- 数据可以通过唯一键标识
- 需要快速查找、插入、删除操作
❌ 不适合场景：
- 需要维护插入顺序或访问顺序
6. 小结
本文深入对比了 Java 中三种常用集合类型：ArrayList、LinkedList 和 HashMap，并从性能和使用场景角度给出了建议。
- ✅ ArrayList：适合频繁通过索引访问、尾部操作的场景
- ✅ LinkedList：适合频繁插入/删除中间元素的场景
- ✅ HashMap：适合通过键快速查找的场景
我们只展示了基础操作，更多高级用法可参考官方文档或相关专题文章。
📚 完整代码示例可在 GitHub 获取。