说明：
以下研究基于JDK 11；
随作者认知理解的变化，本文将持续更新，不保证当前内容的绝对正确；
本文有参考其他文章，在最下方有相关链接。

概述

集合类的功能就是实现各种方式的数据存储，这样一组专门用来存储其它对象的类，一般被称为对象容器类，简称容器类，这组类和接口的设计结构也被统称为集合框架（Collection Framework）。

Java集合框架在 Java.util 包下，实现了常用的基本数据结构，如：集合、线性表、队列、栈、映射表等。

从接口实现的角度它们可以分为Colllection系和Map系，从线程安全与并发的角度它们可以分为非同步集合、同步集合、并发集合。

在Java2之前，java是没有完整的集合框架的，它只有一些简单的可以自扩展的容器类，比如Vector，Stack，Hashtable等。Java Collections Framework(JCF)是通用的容器。
跨语言相关：C++ STL

几个接口

• Collection： 集合层次中的根。一个集合表示一组对象。有些有序，有些无序。有些可重复，有些不可重复。Collection没有直接的实现，而只有它的子接口的对应的实现。子接口主要有List、Set、Queue。
• Set：集合是无序的（LinkedHashSet可以按插入的顺序遍历，但其存储本身是无序的，这里要看怎么理解），没有下标，不可重复。Set的主要实现类有：HashSet、LinkedHashSet、TreeSet、ConcurrentSkipListSet。
• List：列表是有序的，有下标的，可重复的。List的主要实现类是：ArrayList、LinkedList、Vector、CopyOnWriteArrayList。
• Queue：用于多元素有优先级的处理，可以用做FIFO。Queue的主要实现类有：PriorityBlockingQueue、ConcurrentLinkedQueue、ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue。
• Deque：用于多元素有优先级的处理，double ended queue，可以用作FIFO，LIFO。Deque的主要实现类有：ArrayDeque、LinkedList、LinkedBlockingDeque、ConcurrentLinkedDeque。
• Map：用于keys到values的映射，keys不能包含重复元素。Map的主要实现类有：IdentityHashMap、HashMap、LinkedHashMap、HashTable。
  另外还提供了2个带排序的Set和Map。
• SortedSet：元素升序。
• SortedMap：key升序。
  在1.6版本开始，还有两种新的接口NavigableSet、NavigableMap。

A SortedMap/SortedSet extended with navigation methods reporting closest matches for given search targets.

具有了针对给定搜索目标返回最接近匹配项的导航方法，提供诸如：

1 //返回第一个大于e的元素
2 E higher(E e);

之类的“导航性质”的便捷操作。

集合框架图

Collection系集合框架图（不含并发集合）.png Map系集合框架图（不含并发集合）.png Collection系集合框架图（并发集合）.png Map系集合框架图（并发集合）.png

非同步集合的一些实现类

非同步集合，在并发访问的时候，是非线程安全的，但是由于它们没有同步策略(加锁机制)，它们的效率更高。常用的非同步集合它们包括下面几个：

• ArrayList：底层是通过数组实现的。
• LinkedList：底层是通过链表实现的。
• HashSet：底层是通过哈希表实现的。
• LinkedHashSet：是通过链表+哈希表实现的。
• TreeSet：底层是通过树结构实现的。
• PriorityQueue：无界优先级队列。
• ArrayDeque：基于数组的双端队列。
• HashMap：基于哈希表的 Map 接口的实现。
• LinkedHashMap：基于链表+哈希表的Map接口的实现。
• IdentityHashMap：此类使用哈希表实现Map接口，在比较键（和值）时使用引用相等性代替对象相等性。
• EnumMap：Map与枚举类型键一起使用的专用实现，枚举映射在内部表示为数组。
• TreeMap：基于红黑树（Red-Black tree）的 NavigableMap实现。

Java8中对HashMap引入了红黑树，那么相关结构中底层实现应该加上红黑树，本篇不做研究。

同步集合的一些实现类

对每个方法都进行同步加锁，保证线程安全。

• HashTable
• Properties
• Vector
• Stack
• 同步包装器 : [ Collections.synchronizedMap(), Collections.synchronizedList() ]

Java 集合类中非线程安全的集合可以用同步包装器使集合变成线程安全，其实实现原理就是相当于对每个方法多加一层同步锁而已，比如：
HashMap --> Collections.synchronizedMap(new HashMap()) --> Map（SynchronizedMap内部类）
ArrayList --> Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()) --> List

并发集合的一些实现类

java.util.concurrent包提供的线程安全类，主要是利用copy-on-write读写优化策略和分段加锁策略，来提高并发性。在大量多线程的场景中选择它们是比较合适的（在线程不多的时候未必能体现时间上的优势）。一些并发容器类如下：

• CopyOnWriteArrayList
• CopyOnWriteArraySet
• ConcurrentSkipListSet
• LinkedBlockingQueue
• PriorityBlockingQueue
• ConcurrentLinkedQueue
• ArrayBlockingDueue
• LinkedBlockingQeque
• CuncurrentLinkedDeque
• ConcurrentHashMap
• ConcurrentSkipListMap

一些总结

集合与数组的区别

数组的长度是固定的，如果想增加长度，只能创建新的数组。
集合的长度是可变的，数据理论可以无限添加，自动扩容。

ArrayList与LinkedList的区别

ArrayList的底层的通过数组实现，所以其随机访问的速度比较快，但是对于需要频繁的增删的情况，效率就比较低了。而对于LinkedList，底层通过链表来实现，所以增删操作比较容易完成，但是对于随机访问的效率比较低。

同步集合类和并发集合类的区别

不管是同步集合还是并发集合他们都支持线程安全，它们之间主要的区别体现在性能和可扩展性，还有它们如何实现的线程安全。

同步集合类，Hashtable 和 Vector 还有同步集合包装类，Collections.synchronizedMap()和Collections.synchronizedList()，相比并发的实现（比如：ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList, CopyOnWriteHashSet）会慢得多。

造成如此慢的主要原因是锁， 同步集合会把整个Map或List锁起来，每个操作都是串行的操作，同一时刻只有一个线程能操作。而并发集合不会，并发集合实现线程安全是通过使用更先进的技术把锁剥离。

比如ConcurrentHashMap 会把整个Map 划分成几个片段，只对相关的几个片段上锁，同时允许多线程访问其他未上锁的片段。
CopyOnWriteArrayList 允许多个线程以非同步的方式读，当有线程写的时候它会将整个List复制一个副本给它。如果在读多写少这种对并发集合有利的条件下使用并发集合，这会比使用同步集合更具有可伸缩性。

本篇完结，如果文章有误，欢迎批评指正！
后续将具体地对相关的类和接口进行研究……

参考资料 Thanks ：）

[Java 并发编程] 集合框架之 同步容器类 & 并发容器类
Java集合：整体结构
Java集合框架