在Java编程中，数组虽然能够存储同类型数据，但存在长度固定、操作繁琐等局限性，无法满足动态存储数据的需求。为了解决这一问题，Java提供了集合框架（Collection Framework），它是一组用于存储和操作对象的类和接口的集合，具有动态扩容、操作便捷等优势，在日常开发中应用极为广泛。本文将详细讲解Java集合框架的体系结构和核心接口，帮助你搭建集合框架的基础认知，为后续学习具体的集合实现类打下坚实基础。
首先来看Java集合框架的整体体系结构。Java集合框架主要包含三大核心部分：接口（Interfaces）、实现类（Implementations）和工具类（Utilities）。接口定义了集合的规范和行为；实现类是接口的具体实现，提供了实际的存储和操作逻辑；工具类则提供了一系列静态方法，用于操作集合对象，比如排序、查找等。
从整体层次来看，Java集合框架主要分为两大分支：Collection分支和Map分支。Collection分支用于存储单个元素的集合，所有实现类都继承自Collection接口；Map分支用于存储键值对（key-value）形式的集合，所有实现类都继承自Map接口。这两大分支共同构成了Java集合框架的核心体系，覆盖了绝大多数数据存储和处理的场景。
接下来深入剖析Collection接口。Collection接口是Collection分支的根接口，它定义了所有单元素集合的通用行为，比如添加元素、删除元素、判断元素是否存在、获取集合大小等。Collection接口有三个重要的子接口：List、Set和Queue，它们分别对应不同类型的单元素集合，具有不同的特性。
List接口是有序集合，允许存储重复元素，集合中的元素可以通过索引访问，类似于动态数组。有序意味着集合中的元素按照插入顺序排列，后续可以通过索引精准定位和操作元素。List接口的常见实现类有ArrayList、LinkedList和Vector。其中，ArrayList基于数组实现，查询效率高，增删效率低；LinkedList基于双向链表实现，查询效率低，增删效率高；Vector是线程安全的动态数组，效率较低，现在已较少使用。
Set接口是无序集合，不允许存储重复元素，集合中的元素没有索引，无法通过索引访问。无序意味着集合中的元素不保证按照插入顺序排列，其底层通常通过哈希表或红黑树实现，用于保证元素的唯一性。Set接口的常见实现类有HashSet、LinkedHashSet和TreeSet。HashSet基于哈希表实现，无序且唯一，查询和增删效率都很高；LinkedHashSet是HashSet的子类，在哈希表的基础上维护了一个双向链表，保证了元素的插入顺序；TreeSet基于红黑树实现，能够对元素进行自然排序（或自定义排序），元素唯一且有序。
Queue接口用于表示队列，遵循“先进先出”（FIFO，First In First Out）的原则，即先添加的元素先被取出。队列通常用于处理需要按顺序执行的任务，比如消息队列、任务队列等。Queue接口的常见实现类有LinkedList和PriorityQueue。LinkedList既实现了List接口，也实现了Queue接口，可作为队列使用；PriorityQueue是一个优先级队列，它会按照元素的优先级对元素进行排序，取出元素时总是取出优先级最高的元素，不遵循严格的先进先出原则。
然后是Map接口，它是Map分支的根接口，用于存储键值对集合，其中key（键）是唯一的，value（值）可以重复，每个key对应一个value。通过key可以快速查找对应的value，这是Map集合的核心优势。Map接口定义了一系列操作键值对的方法，比如添加键值对、根据key删除键值对、根据key获取value、判断key或value是否存在、获取键值对数量等。
Map接口的常见实现类有HashMap、LinkedHashMap、TreeMap和Hashtable。HashMap基于哈希表实现，无序且key唯一，查询和增删效率高，是最常用的Map实现类；LinkedHashMap是HashMap的子类，在哈希表的基础上维护了双向链表，保证了键值对的插入顺序；TreeMap基于红黑树实现，能够对key进行自然排序（或自定义排序），键值对有序且key唯一；Hashtable是线程安全的Map实现类，效率较低，且不允许key或value为null，现在已较少使用。
