Какую структуру и тип данных выберешь для хранения большого количества чисел по модулю меньше 30000 для быстрого доступа и экономии по памяти

Для хранения большого количества чисел (|x| < 30000) оптимально использовать short[] (2 байта на элемент) вместо int[] (4 байта). Это экономит память в 2 раза. Если точность до 30000 достаточна, это лучший выбор.

Для еще большей экономии можно использовать byte[] с упаковкой двух чисел в один байт (если диапазон |x| < 128), но это усложнит код.

Пример:

short[] numbers = new short[1_000_000];
// Занимает ~2MB вместо 4MB для int[]

Если нужны операции с коллекциями, можно использовать TShortArrayList из GNU Trove, который специализирован на примитивах.