1.06. Collections

RU | EN | DE

Что такое коллекции

Коллекции в Java — это фреймворк (набор классов и интерфейсов), который упрощает работу с группами объектов: их хранение, поиск, сортировку, удаление и т. д. Вместо того чтобы самим писать массивы и методы для добавления/удаления элементов, Java предлагает готовые структуры данных. Коллекции живут в пакете java.util и объединены в Java Collections Framework (JCF).

Где используются

• хранение данных (например, список пользователей или заказы в интернет-магазине);
• поиск и фильтрация (например, все заказы дороже 100 €);
• сортировка (по дате, алфавиту и т.д.);
• работа с уникальными данными (например, список логинов без повторов);
• сопоставление ключ–значение (карта настроек приложения или кэш).

Почему важно знать

1. 90% задач в разработке связаны с хранением и обработкой данных.
2. Коллекции экономят время — они уже оптимизированы и протестированы.
3. Многие фреймворки (Spring, Hibernate) используют коллекции внутри себя

Основные интерфейсы коллекций

Всё крутится вокруг Collection и Map.

1) Интерфейс Collection

Подразделяется на:

• List — упорядоченные списки, допускают дубликаты.
  • Реализации: ArrayList, LinkedList, Vector, Stack.
• Set — множества, уникальные элементы.
  • Реализации: HashSet, LinkedHashSet, TreeSet.
• Queue/Deque — очереди (FIFO, LIFO).
  • Реализации: PriorityQueue, ArrayDeque.

2) Интерфейс Map

Хранит пары ключ–значение.

• Реализации: HashMap, LinkedHashMap, TreeMap, Hashtable, ConcurrentHashMap.

Иерархия Java Collections Framework

               Iterable
                  │
              Collection
      ┌───────────┼────────────────┐
      │           │                │
     List        Set          Queue/Deque
      │           │                │
  ┌───┴───┐    ┌──┴─────────┐  ┌───┴─────────┐
  ArrayList    HashSet          PriorityQueue
  LinkedList   LinkedHashSet    ArrayDeque
  Vector       TreeSet
  Stack    
 
        Map (НЕ наследуется от Collection)
         ┌─────────────┬───────────────┐
      HashMap     LinkedHashMap     TreeMap
      Hashtable   ConcurrentHashMap

Отличия коллекций

• ArrayList — быстрый доступ по индексу, медленное удаление в середине.
• LinkedList — медленный доступ по индексу, быстрое добавление/удаление.
• HashSet — уникальные элементы, порядок не гарантируется
• LinkedHashSet — сохраняет порядок вставки.
• TreeSet — хранит элементы в отсортированном виде.
• HashMap — пары ключ–значение, порядок не гарантируется.
• LinkedHashMap — сохраняет порядок вставки.
• TreeMap — хранит ключи в отсортированном виде.

Связь с другими концепциями

• Generics: коллекции почти всегда используют обобщения (например, List<String>).
• Stream API: коллекции часто конвертируются в стримы для удобной обработки (list.stream().filter(...).map(...).collect(...)).
• Многопоточность: существуют конкурентные реализации (ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList).---

Пример кода

Мы посмотрим на:

• List → ArrayList, LinkedList
• Set → HashSet, TreeSet
• Map → HashMap, TreeMap И поймём, чем они отличаются на практике.

import java.util.*;
 
public class CollectionsDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // ====== LIST ======
        List<String> arrayList = new ArrayList<>();
        arrayList.add("Java");
        arrayList.add("Python");
        arrayList.add("C++");
        arrayList.add("Java"); // допускает дубликаты
 
        System.out.println("ArrayList: " + arrayList);
 
        List<String> linkedList = new LinkedList<>();
        linkedList.add("First");
        linkedList.add("Second");
        linkedList.add("Third");
 
        System.out.println("LinkedList: " + linkedList);
 
        // ====== SET ======
        Set<String> hashSet = new HashSet<>();
        hashSet.add("One");
        hashSet.add("Two");
        hashSet.add("Three");
        hashSet.add("Two"); // дубликат игнорируется
 
        System.out.println("HashSet: " + hashSet);
 
        Set<String> treeSet = new TreeSet<>();
        treeSet.add("Banana");
        treeSet.add("Apple");
        treeSet.add("Orange");
 
        System.out.println("TreeSet (sorted): " + treeSet);
 
        // ====== MAP ======
        Map<Integer, String> hashMap = new HashMap<>();
        hashMap.put(1, "One");
        hashMap.put(2, "Two");
        hashMap.put(3, "Three");
        hashMap.put(2, "NewTwo"); // перезапишет значение для ключа 2
 
        System.out.println("HashMap: " + hashMap);
 
        Map<Integer, String> treeMap = new TreeMap<>();
        treeMap.put(30, "Thirty");
        treeMap.put(10, "Ten");
        treeMap.put(20, "Twenty");
 
        System.out.println("TreeMap (sorted by key): " + treeMap);
    }
}

• ArrayList — хранит порядок, допускает дубликаты.
  Вывод: [Java, Python, C++, Java].
• LinkedList — тоже список, но оптимизирован для вставок/удалений.
• HashSet — хранит только уникальные элементы, порядок непредсказуем.
• TreeSet — уникальные + сразу сортировка.
• HashMap — ключи уникальные, значения можно перезаписывать.
• TreeMap — ключи отсортированы автоматически.

Типичные ошибки

1. Забывают про generics:

List list = new ArrayList(); // raw type, плохо

Лучше так:

List<String> list = new ArrayList<>();

2. Используют не ту коллекцию:
   • ArrayList вместо HashSet, если нужны уникальные значения.
   • LinkedList вместо ArrayList при большом количестве чтений по индексу.
3. Сравнение через == вместо equals() для объектов в коллекциях.

Best practices

• Используй интерфейс в объявлении (List, Set, Map), а не конкретный класс:

List<String> list = new ArrayList<>();

• Выбирай коллекцию по задаче:
  • быстрый доступ по индексу → ArrayList
  • уникальные элементы → HashSet
  • сортировка → TreeSet / TreeMap
  • ключ-значение → HashMap

Шпаргалка по коллекциям

List (упорядоченные списки, допускают дубликаты)

Класс	Особенности	Где использовать
ArrayList	Быстрый доступ по индексу O(1), медленное удаление/вставка в середине	Когда много чтения и редко меняется список
LinkedList	Быстрая вставка/удаление O(1) в начале/середине, медленный доступ по индексу	Когда нужно часто вставлять/удалять элементы
Vector / Stack	Старые синхронизированные реализации	Почти не используются, лучше ArrayDeque

Set (множества, только уникальные элементы)

Класс	Особенности	Где использовать
HashSet	Нет порядка, уникальные элементы, быстрый поиск O(1)	Когда нужны только уникальные значения
LinkedHashSet	Хранит порядок вставки	Когда нужны уникальные + порядок
TreeSet	Автоматическая сортировка	Когда нужны уникальные + сортировка

Map (ключ–значение)

Класс	Особенности	Где использовать
HashMap	Быстрый доступ O(1), порядок не гарантирован	Самый популярный вариант (кэш, настройки и т.д.)
LinkedHashMap	Хранит порядок вставки	Когда важен порядок ключей
TreeMap	Автоматическая сортировка по ключу	Когда нужен отсортированный словарь
ConcurrentHashMap	Потокобезопасный, без блокировок	Для многопоточности

Queue / Deque (очереди и стеки)

Класс	Особенности	Где использовать
ArrayDeque	Быстрее чем Stack и LinkedList	Для стека (LIFO) или очереди (FIFO)
PriorityQueue	Элементы сортируются по приоритету	Для очереди с приоритетом

Советы

• Объявляй через интерфейс:

List<String> list = new ArrayList<>();

• Для многопоточности используй Concurrent-версии (ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList).
• Для больших данных и фильтраций — удобно переходить в Stream API.