Programmiergrundlagen4Lerneinheiten22minStand30.05.2026

Collections-Framework.

Fachliche Qualität

Noch nicht klassifiziertNoch nicht geprüft.

Diese Lerneinheit wurde für typische Bachelor-Klausuren konzipiert. So prüfen wir · Fehler entdeckt? Melde ihn uns oder markiere die fragliche Stelle direkt im Text oben.

Klausur-ÜbersichtKomplette Übersicht: alle Tabs als linearer Text zum Lernen

Alle Tabs der Lerneinheit (Erklärung · Interaktiv verstehen · Praxis-Übung · Klausur-Quiz) als durchgehender Text. Ideal zum Wiederholen vor der Klausur, und für Suchmaschinen wie Google, Bing und KI-Suche (ChatGPT, Perplexity).

Teil 1·Erklärung

Erklärung

Zur KategorieProgrammiergrundlagen.Mehr Themen entdeckenZum Themen-Hub.

Collections-Framework, Programmiergrundlagen · UniProMax

Collections-Framework (List, Set, Map)

Du brauchst eine Datenstruktur, die nicht-statisch ist? Java's Collections-Framework liefert dir 3 große Familien: List (geordnete Reihenfolge, Duplikate ok), Set (keine Duplikate), Map (Key-Value-Zuordnung). Sie sind das Brot-und-Butter-Werkzeug in jedem Java-Programm.

Klausur-Pflicht in 10/13 WInf-Prog-1-Klausuren: "Wann List, wann Set, wann Map?" — und die typischen Operationen.

Collections sind Container für Objekte mit klaren Regeln: List behält die Einfüge-Reihenfolge bei und erlaubt Duplikate, Set verhindert Duplikate, Map verbindet Schlüssel mit Werten.

Familie	Reihenfolge	Duplikate	Lookup-Schlüssel	Wichtigster Vertreter
List<E>	ja (Index 0, 1, 2 ...)	ja	Index (int)	`ArrayList<E>`
Set<E>	normalerweise nein	nein	– (keine direkte Suche)	`HashSet<E>`
Map<K, V>	–	Werte ja, Keys nein	Key (K)	`HashMap<K, V>`

Verwende List wenn: du Items in einer bestimmten Reihenfolge speichern willst und Duplikate erlaubt sind.

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

List<String> namen = new ArrayList<>();
namen.add("Anna");
namen.add("Ben");
namen.add("Anna");  // Duplikat ist ok

System.out.println(namen);     // [Anna, Ben, Anna]
System.out.println(namen.size());     // 3
System.out.println(namen.get(1));     // Ben
namen.remove(0);
System.out.println(namen);     // [Ben, Anna]

Wichtigste Operationen:

add(e) — hinten anfügen
add(i, e) — an Index i einfügen
get(i) — Element holen
set(i, e) — Element ersetzen
remove(i) — Element löschen
size() — Anzahl
contains(e) — enthält? (O(n)!)
indexOf(e) — erster Index

Verwende Set wenn: du nur prüfen willst, ob etwas vorkommt, und Duplikate egal sind (sollen weg).

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

Set<String> tags = new HashSet<>();
tags.add("java");
tags.add("oop");
tags.add("java");  // Duplikat wird ignoriert!

System.out.println(tags.size());            // 2
System.out.println(tags.contains("oop"));   // true (sehr schnell, O(1))

Wichtigste Operationen:

add(e) — hinzufügen (true wenn neu)
contains(e) — enthält? (O(1) bei HashSet)
remove(e) — entfernen
size()
Kein get(i)! Sets haben keine Indizes.

HashSet vs. TreeSet: HashSet ist unsortiert, sehr schnell. TreeSet ist sortiert (alphabetisch / numerisch), aber langsamer (O(log n)).

Verwende Map wenn: du Werte unter einem Schlüssel ablegen willst — "Telefonbuch"-Pattern.

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

Map<String, Integer> noten = new HashMap<>();
noten.put("Anna", 1);
noten.put("Ben", 3);
noten.put("Anna", 2);  // ersetzt Annas alte Note!

System.out.println(noten.get("Anna"));      // 2
System.out.println(noten.containsKey("Ben")); // true
System.out.println(noten.size());           // 2

Wichtigste Operationen:

put(k, v) — Wert unter Key speichern (überschreibt)
get(k) — Wert holen (null wenn nicht da)
containsKey(k) — Key vorhanden?
remove(k) — Eintrag löschen
keySet() — alle Keys als Set
values() — alle Werte als Collection
entrySet() — alle Key-Value-Paare

// List
for (String name : namen) {
    System.out.println(name);
}

// Set
for (String tag : tags) {
    System.out.println(tag);
}

// Map
for (Map.Entry<String, Integer> eintrag : noten.entrySet()) {
    System.out.println(eintrag.getKey() + " = " + eintrag.getValue());
}

Klausur-Frage: "Was passiert wenn du während des for-each-Loops Elemente entfernst?" → ConcurrentModificationException. Lösung: Iterator explizit nutzen oder removeIf(...).

Interface	Implementierung	Charakteristik
List	`ArrayList`	dynamisches Array, schneller Index-Zugriff (O(1))
List	`LinkedList`	doppelt-verkettete Liste, schnelles Insert/Remove an Enden
Set	`HashSet`	Hash-basiert, schnell (O(1)), unsortiert
Set	`TreeSet`	rot-schwarz-Baum, sortiert, O(log n)
Set	`LinkedHashSet`	wie HashSet aber merkt Einfüge-Reihenfolge
Map	`HashMap`	Hash-basiert, schnell (O(1)), unsortiert
Map	`TreeMap`	rot-schwarz-Baum, nach Keys sortiert
Map	`LinkedHashMap`	wie HashMap aber Einfüge-Reihenfolge

Daumenregel: Wenn unsicher → ArrayList, HashSet, HashMap. Die sind 90% aller Fälle die richtige Wahl.

Problem	Datenstruktur	Begründung
Bestellte Items im Warenkorb	List	Reihenfolge zählt, Duplikate (2x dasselbe Buch) ok
Eindeutige Tags eines Posts	Set	Duplikate sinnlos, schnelle "enthält?"-Abfrage
User-ID → User-Objekt	Map	Schlüssel-Lookup
Eindeutige Email-Adressen	Set	Email kann nur 1x vorkommen
Top-10-Bestseller	List	Reihenfolge IST die Information
Wörter alphabetisch	TreeSet	sortiert + duplikatfrei

1. List = geordnet + Duplikate. Set = duplikatfrei. Map = Key→Value. Ende.

2. ArrayList ist Default-List. HashMap ist Default-Map. HashSet ist Default-Set. Spezialisierte Implementierungen erst wenn du einen Grund hast.

3. Hash-Implementierungen sind O(1) für add/contains/get. Tree-Implementierungen O(log n). Listen O(n) für contains.

4. null als Wert/Key: HashMap und HashSet erlauben null (einmal). TreeMap und TreeSet werfen NullPointerException, weil sie sortieren müssen.

5. equals und hashCode müssen konsistent sein wenn du eigene Klassen in Sets/Maps speicherst. Sonst tauchen Objekte mehrfach auf oder werden nicht gefunden.

1. Set mit Index zugreifen. set.get(0) gibt's nicht. Wenn du Index brauchst → List.

2. map.get(key) ohne Null-Check. Wenn Key nicht da → null zurück. Ein NullPointerException bei der nächsten Operation ist garantiert. Lösung: containsKey vorher oder getOrDefault.

3. Collections.sort(set) versuchen. Set ist nicht sortiert (ausser TreeSet). sort funktioniert nur auf List. Wenn du eine sortierte Reihenfolge willst: new ArrayList<>(set) und dann sortieren.

4. Eigene Objekte in HashSet/HashMap ohne equals/hashCode override. Standard-equals vergleicht Referenzen, nicht Inhalt. Zwei Student-Objekte mit gleichem Namen sind dann "verschieden". Lösung: equals und hashCode überschreiben.

5. ConcurrentModificationException beim Iterieren + Entfernen. Niemals in einem for-each-Loop collection.remove(...) aufrufen. Lösung: removeIf(predicate) oder expliziter Iterator mit it.remove().

3 identische Operationen, ausgeführt auf List, Set, Map gleichzeitig. Beobachte die Unterschiede.

Wähle eine Operation aus und sieh, was bei jeder Datenstruktur passiert. So merkst du dir Reihenfolge / Duplikate / Lookup-Verhalten ohne auswendig zu lernen.

Lade Visualisierung...

Klausur-Tipp: Bei Klausurfragen zur Datenstruktur-Wahl frag dich: (1) Ist die Reihenfolge wichtig? → List. (2) Sind Duplikate ok? Wenn nein → Set. (3) Brauche ich Lookup über einen Schlüssel? → Map. In 90% aller Fälle reicht diese Entscheidungslogik.

Anmelden, um den Fortschritt zu speichern.

Nächster Schritt

Wenn du fertig bist: jetzt üben.

Aktives Abrufen festigt Wissen schneller als nochmal lesen.

Collections-Framework (List, Set, Map)

Klausur-Pflicht in 10/13 WInf-Prog-1-Klausuren: "Wann List, wann Set, wann Map?" — und die typischen Operationen.

Die Idee in einem Satz

Collections sind Container für Objekte mit klaren Regeln: List behält die Einfüge-Reihenfolge bei und erlaubt Duplikate, Set verhindert Duplikate, Map verbindet Schlüssel mit Werten.

Die 3 Familien im Überblick

Familie	Reihenfolge	Duplikate	Lookup-Schlüssel	Wichtigster Vertreter
List<E>	ja (Index 0, 1, 2 ...)	ja	Index (int)	`ArrayList<E>`
Set<E>	normalerweise nein	nein	– (keine direkte Suche)	`HashSet<E>`
Map<K, V>	–	Werte ja, Keys nein	Key (K)	`HashMap<K, V>`

List — die geordnete Liste

Verwende List wenn: du Items in einer bestimmten Reihenfolge speichern willst und Duplikate erlaubt sind.

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

List<String> namen = new ArrayList<>();
namen.add("Anna");
namen.add("Ben");
namen.add("Anna");  // Duplikat ist ok

System.out.println(namen);     // [Anna, Ben, Anna]
System.out.println(namen.size());     // 3
System.out.println(namen.get(1));     // Ben
namen.remove(0);
System.out.println(namen);     // [Ben, Anna]

Wichtigste Operationen:

add(e) — hinten anfügen
add(i, e) — an Index i einfügen
get(i) — Element holen
set(i, e) — Element ersetzen
remove(i) — Element löschen
size() — Anzahl
contains(e) — enthält? (O(n)!)
indexOf(e) — erster Index

Set — die duplikatfreie Sammlung

Verwende Set wenn: du nur prüfen willst, ob etwas vorkommt, und Duplikate egal sind (sollen weg).

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

Set<String> tags = new HashSet<>();
tags.add("java");
tags.add("oop");
tags.add("java");  // Duplikat wird ignoriert!

System.out.println(tags.size());            // 2
System.out.println(tags.contains("oop"));   // true (sehr schnell, O(1))

Wichtigste Operationen:

add(e) — hinzufügen (true wenn neu)
contains(e) — enthält? (O(1) bei HashSet)
remove(e) — entfernen
size()
Kein get(i)! Sets haben keine Indizes.

HashSet vs. TreeSet: HashSet ist unsortiert, sehr schnell. TreeSet ist sortiert (alphabetisch / numerisch), aber langsamer (O(log n)).

Map — die Schlüssel-Wert-Zuordnung

Verwende Map wenn: du Werte unter einem Schlüssel ablegen willst — "Telefonbuch"-Pattern.

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

Map<String, Integer> noten = new HashMap<>();
noten.put("Anna", 1);
noten.put("Ben", 3);
noten.put("Anna", 2);  // ersetzt Annas alte Note!

System.out.println(noten.get("Anna"));      // 2
System.out.println(noten.containsKey("Ben")); // true
System.out.println(noten.size());           // 2

Wichtigste Operationen:

put(k, v) — Wert unter Key speichern (überschreibt)
get(k) — Wert holen (null wenn nicht da)
containsKey(k) — Key vorhanden?
remove(k) — Eintrag löschen
keySet() — alle Keys als Set
values() — alle Werte als Collection
entrySet() — alle Key-Value-Paare

Iteration: das for-each-Pattern

// List
for (String name : namen) {
    System.out.println(name);
}

// Set
for (String tag : tags) {
    System.out.println(tag);
}

// Map
for (Map.Entry<String, Integer> eintrag : noten.entrySet()) {
    System.out.println(eintrag.getKey() + " = " + eintrag.getValue());
}

Klausur-Frage: "Was passiert wenn du während des for-each-Loops Elemente entfernst?" → ConcurrentModificationException. Lösung: Iterator explizit nutzen oder removeIf(...).

Wichtige Implementierungen

Interface	Implementierung	Charakteristik
List	`ArrayList`	dynamisches Array, schneller Index-Zugriff (O(1))
List	`LinkedList`	doppelt-verkettete Liste, schnelles Insert/Remove an Enden
Set	`HashSet`	Hash-basiert, schnell (O(1)), unsortiert
Set	`TreeSet`	rot-schwarz-Baum, sortiert, O(log n)
Set	`LinkedHashSet`	wie HashSet aber merkt Einfüge-Reihenfolge
Map	`HashMap`	Hash-basiert, schnell (O(1)), unsortiert

Daumenregel: Wenn unsicher → ArrayList, HashSet, HashMap. Die sind 90% aller Fälle die richtige Wahl.

Beispiel: Wann was?

Problem	Datenstruktur	Begründung
Bestellte Items im Warenkorb	List	Reihenfolge zählt, Duplikate (2x dasselbe Buch) ok
Eindeutige Tags eines Posts	Set	Duplikate sinnlos, schnelle "enthält?"-Abfrage
User-ID → User-Objekt	Map	Schlüssel-Lookup
Eindeutige Email-Adressen	Set	Email kann nur 1x vorkommen
Top-10-Bestseller	List	Reihenfolge IST die Information
Wörter alphabetisch	TreeSet	sortiert + duplikatfrei

Klausur-Faustregeln

1. List = geordnet + Duplikate. Set = duplikatfrei. Map = Key→Value. Ende.

2. ArrayList ist Default-List. HashMap ist Default-Map. HashSet ist Default-Set. Spezialisierte Implementierungen erst wenn du einen Grund hast.

3. Hash-Implementierungen sind O(1) für add/contains/get. Tree-Implementierungen O(log n). Listen O(n) für contains.

4. null als Wert/Key: HashMap und HashSet erlauben null (einmal). TreeMap und TreeSet werfen NullPointerException, weil sie sortieren müssen.

5. equals und hashCode müssen konsistent sein wenn du eigene Klassen in Sets/Maps speicherst. Sonst tauchen Objekte mehrfach auf oder werden nicht gefunden.

Häufige Stolpersteine

1. Set mit Index zugreifen. set.get(0) gibt's nicht. Wenn du Index brauchst → List.

2. map.get(key) ohne Null-Check. Wenn Key nicht da → null zurück. Ein NullPointerException bei der nächsten Operation ist garantiert. Lösung: containsKey vorher oder getOrDefault.

Teil 3·Quiz / Klausurfragen

Praxis-Übung

Collections — Praxis-Übung

6 Aufgaben zur Wahl der richtigen Datenstruktur und ihren Operationen.

Klausurfragen mit Lösungen (6)

F1.Du sollst alle Tags eines Blog-Posts speichern. Tags sind eindeutig. Welche Datenstruktur?

Antwort: HashSet<String>

Erklärung: Set — eindeutige Werte ohne Reihenfolge-Bedeutung. HashSet ist die Default-Wahl: schnelles add/contains, automatisch duplikatfrei. ArrayList würde Duplikate erlauben, HashMap braucht Keys, Stack wäre LIFO-Reihenfolge.

F2.Du sollst Student-Objekte unter ihrer Matrikelnummer (Integer) ablegen, um schnell darauf zugreifen zu können. Welche Datenstruktur?

Antwort: HashMap<Integer, Student>

Erklärung: Map<Integer, Student> — die Matrikelnummer ist der Schlüssel, das Student-Objekt der Wert. studenten.get(12345) liefert in O(1) den passenden Studenten. ArrayList wäre O(n) Suche, Set ohne Index sinnlos.

F3.Ein HashSet behält die Reihenfolge, in der Elemente eingefügt wurden.

Antwort: Falsch

Erklärung: FALSCH. HashSet hat KEINE definierte Reihenfolge — Hashcode-basierte Anordnung intern, oft anders als Einfüge-Reihenfolge. Wenn du Einfüge-Reihenfolge brauchst: LinkedHashSet. Wenn sortiert: TreeSet.

Typ: Wahr/Falsch

F4.Bei map.put("Anna", 1) und danach map.put("Anna", 2) enthält die Map zwei Einträge.

Antwort: Falsch

Erklärung: FALSCH. put mit existierendem Key überschreibt den alten Wert. Map.size() = 1, map.get("Anna") = 2. Keys in Maps sind eindeutig — wenn du mehrere Werte unter einem Key willst: Map<String, List<Integer>>.

Typ: Wahr/Falsch

F5.Welche Aussagen über das Collections-Framework sind RICHTIG?

Richtige Antworten: ArrayList erlaubt Duplikate; Set hat keine get(i)-Methode; HashMap erlaubt null als Key; List.add(e) hängt am Ende an

Erklärung: Richtig: ArrayList erlaubt Duplikate, Set hat keinen Index, HashMap erlaubt 1x null als Key, List.add hängt hinten an. Falsch: HashSet ist duplikatfrei (Definition!), TreeSet ist sortiert (nicht unsortiert).

Typ: Multi-Select

F6.Ordne Problem ↔ beste Datenstruktur:

Zuordnungen:

Warenkorb (Reihenfolge, Duplikate ok) → ArrayList
Eindeutige Tags eines Posts → HashSet
Telefonbuch Name → Nummer → HashMap
Wörter alphabetisch + eindeutig → TreeSet

Erklärung: Standard-Entscheidungs-Vokabular. Reihenfolge → List, Eindeutigkeit → Set, Lookup → Map, sortiert + eindeutig → TreeSet.

Typ: Zuordnung

Teil 4·Quiz / Klausurfragen

Klausur-Quiz

Klausurfragen mit Lösungen (6)

F1.Welche Laufzeit-Komplexität hat contains(e) bei einem HashSet?

Antwort: O(1) amortisiert

Erklärung: HashSet nutzt Hash-Tabelle: contains ist O(1) amortisiert (schlimmster Fall O(n) bei Hash-Kollisionen). TreeSet wäre O(log n), ArrayList wäre O(n) wegen linearer Suche.

F2.Was passiert beim Entfernen während eines for-each-Loops über eine ArrayList?

Antwort: ConcurrentModificationException zur Laufzeit

Erklärung: ConcurrentModificationException. Der Iterator merkt, dass die Liste sich strukturell geändert hat. Lösung: explizit Iterator nutzen mit it.remove() oder list.removeIf(predicate).

F3.TreeMap und TreeSet werfen NullPointerException, wenn man null als Key/Element einfügt.

Antwort: Wahr

Erklärung: RICHTIG. Tree-Implementierungen müssen vergleichen (sortieren). null lässt sich nicht mit anderen Werten vergleichen → NullPointerException beim Einfügen. HashMap und HashSet erlauben dagegen 1x null.

Typ: Wahr/Falsch

F4.Du hast eigene Klasse Student mit Feld int matrnr. Du fügst zwei Student-Objekte mit identischer matrnr in ein HashSet ein. Wie viele Elemente sind drin?

Antwort: 1, wenn equals() und hashCode() überschrieben sind, sonst 2

Erklärung: Standard-equals vergleicht REFERENZEN, nicht Inhalt. Zwei verschiedene Student-Instanzen sind technisch verschieden → beide landen im Set. Damit HashSet sie als gleich erkennt, MUSST du equals() UND hashCode() überschreiben (Vertrag: gleich → gleicher hashCode).

F5.List behält die {{1}} und erlaubt {{2}}. Set ist {{3}}. Map ordnet einem {{4}} einen Wert zu. Die Default-Implementierung für eine schnelle Map ist {{5}}.

Lösungen pro Lücke:

{{1}}: Reihenfolge / Einfüge-Reihenfolge
{{2}}: Duplikate / Duplicates
{{3}}: duplikatfrei / duplikat-frei / ohne Duplikate
{{4}}: Schlüssel / Key
{{5}}: HashMap

Erklärung: Kern-Vokabular der 3 Collections. List = Reihenfolge + Duplikate. Set = duplikatfrei. Map = Key→Value. HashMap = Default für Maps.

Typ: Lückentext

F6.Sortiere die Schritte zum sicheren Iterieren-und-Entfernen einer ArrayList:

Richtige Reihenfolge:

Iterator<E> it = liste.iterator();
while (it.hasNext()) { ... }
E element = it.next();
if (sollGeloeschtWerden(element))
it.remove(); // sicher!

Erklärung: Iterator-Pattern für sicheres Entfernen. it.remove() ist erlaubt — list.remove() im for-each wäre ConcurrentModificationException. Alternative: list.removeIf(predicate) in einer Zeile.

Typ: Reihenfolge

Collections-Framework.

Erklärung

Collections-Framework.

Erklärung

Collections-Framework (List, Set, Map)

Die Idee in einem Satz

Die 3 Familien im Überblick

List — die geordnete Liste

Set — die duplikatfreie Sammlung

Map — die Schlüssel-Wert-Zuordnung

Iteration: das for-each-Pattern

Wichtige Implementierungen

Beispiel: Wann was?

Klausur-Faustregeln

Häufige Stolpersteine

Collections-Vergleichs-Visualizer

Wenn du fertig bist: jetzt üben.

Collections-Framework (List, Set, Map)

Die Idee in einem Satz

Die 3 Familien im Überblick

List — die geordnete Liste

Set — die duplikatfreie Sammlung

Map — die Schlüssel-Wert-Zuordnung

Iteration: das for-each-Pattern

Wichtige Implementierungen

Beispiel: Wann was?

Klausur-Faustregeln

Häufige Stolpersteine

Interaktiv verstehen

Collections-Vergleichs-Visualizer

Praxis-Übung

Collections — Praxis-Übung

Klausur-Quiz