【面试】集合框架

参考：https://github.com/Snailclimb/JavaGuide/blob/master/docs/java/collection/Java集合框架常见面试题.md

 

 

1、说说List，set，Map三者的区别？

List（对付顺序的好帮手）：List接口存储一组不唯一有序的对象；

Set（注重独一无二的性质）：不允许重复的集合。不会有多个元素引用相同的对象。

Map（用key来搜索的专家）：使用键值对存储。Map会维护与key有关联的值，两个key可以引用相同的对象，但key不能重复，典型的key是String类型，但也可以是任何对象。

 

1、ArrayList与LinkedList的区别？

1）是否线程安全：ArrayList和LinkedList都不是同步的，也就是不保证线程安全；

2）底层数据结构：ArrayList底层使用的是Object数组；LinkedList底层使用的是双向链表数据结构；

3）插入和删除是否受元素位置的影响：

• ArrayList采用数组存储，所以插入和删除元素的时间复杂度受元素位置的影响。比如，执行add(E e)方法的时候，ArrayList会默认将元素追加到列表的末尾，这种情况的时间复杂度为O(1)；但是如果要在指定位置 i 插入和删除元素的话（add(int index,E element)），时间复杂度就为O(n-i)。因为在进行上述操作的时候，集合中第 i 位和第 i 个元素之后的(n-i) 个元素都要执行向后/向前 移一位的操作；
• LinkedList采用链表存储，所以插入、删除元素的时间复杂度不受元素位置的影响，都是近似O(1)，而数组为近似O(n)。

4）是否支持快速随机访问：LinkedList不支持高效的随机元素访问，而ArrayList支持。快速随机访问就是通过元素的序号快速获取元素对象（对应 get(int index)）；

5）内存空间占用：ArrayList的空间浪费主要体现在list列表的结尾会预留一定的容量空间，而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗比ArrayList更多的空间（直接前驱+直接后驱+数据）。

补充内容：

List遍历方式选择：

1）实现了RandomAccess接口的list，优先使用普通for循环，其次foreach；

2）未实现RandomAccess接口的list，优先选择 iterator遍历（foreach遍历底层也是通过 iterator实现的），大size的数据，千万不要使用普通的for循环。

补充：双向链表和双向循环链表

 

2、ArrayList与Vector区别？为什么要用ArrayList取代Vector呢？

Vector类的所有方法都是同步的。可以由两个线程安全的访问一个Vector对象，但是一个线程访问Vector的话代码要在同步操作上耗费大量的时间。

ArrayList不是同步的，所以在不需要保证线程安全的时候建议使用ArrayList。

 

3、ArrayList的扩容机制？

https://www.cnblogs.com/zhexuejun/p/11149406.html

ArrayList的扩容机制就是在添加第一个元素的时候，创建一个长度为10的数组，之后随着元素的增加，以1.5倍原数组的长度创建一个新数组，即10，15，22，33。。。这样的序列建立，将原来的元素拷贝到新数组中，如果数组长度达到上限，则会以MAX_ARRAY_SIZE或者Integer.MAX_VALUE作为最大长度，而多余的元素就会被舍弃掉。

 

4.HashMap和HashTable的区别？

1）线程是否安全：HashMap是非线程安全的，HashTable是线程安全的；HashTable内部的方法基本都经过synchronized的修饰。（线程安全可以使用ConcurrentHashMap）；

2）效率：因为线程安全的问题，HashMap要比HashTable快；另外，HashTable基本被淘汰，代码中不要使用；

3）对Null key 和Null value的支持：HashMap中Null可以作为键，这样的键只有一个，但可以有一个或多个键所对应的值为null。但在HashTable中put进的键值只要有一个null，直接抛出 NullPointException；

4）初始容量大小和每次扩容大小的不同：

• 创建时如果不指定容量初始值，HashTable的默认大小为11，之后每次扩容，容量变为原来的2n+1；HashMap默认的初始化大小为16，之后每次扩容，容量变为原来的2倍；
• 创建时如果给定了容量初始值，，那么HashTable会直接使用你给定的大小；而HashMap会将其扩充为2的幂次方大小，也就说HashMap总是使用2的幂作为Hash表的大小。

5）底层数据结构：JDK1.8以后的HashMap在解决Hash冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（默认为8）时，将链表转化为红黑树，以减少搜素时间；HashTable没有这样的机制。

 

5.HashMap与HashSet的区别？

HashSet底层就是基于HashMap实现的。

1）HashMap实现了Map接口；HashSet实现了Set接口；

2）HashMap存储键值对，HashSet仅存储对象；

3）HashMap调用put()方法向Map中添加元素；HashSet调用set()方法向Set中添加元素；

4）HashMap使用键（key）计算HashCode值；HashSet使用成员对象来计算HashCode的值，对于两个对象来说HashCode可能相同，所以equals()方法来判断对象的相等性。

 

HashSet如何检查重复？

当你把对象加入HashSet时，HashSet会先计算对象的hashCode值来判断对象的加入位置，同时也会与其他加入的对象的hashCode值做比较，如果没有相同的hashCode值，HashSet会假设对象没有重复出现。但如果发现有相同的hashCode值的对象，这时会调用equals()方法来检查hashCode相等的对象是否真的相同。如果两者相同，HashSet就不会让加入操作成功。

hashCode()与equals()的相关规定：

1）如果两个对象相等，则hashCode一定是相同的；

2）如果两个对象相等，则两个equals()方法返回true；

3）如果两个对象有相同的hashCode值，它们不一定是相等的；

4）综上，如果重写了equals()方法，则一定要重写hashCode()方法。

 

 

 

 

6.HashMap的底层实现

HashMap的工作原理？

JDK1.8之前HashMap底层是数组和链表结合在一起使用，也就是链表散列。我们使用put(key,value)存储对象到HashMap中，使用get(key)从HashMap中获取对象。当我们调用put()方法的时候，我们先对键调用hashCode()方法，返回的hashCode用于找到bucket位置来存储Entry对象。

当两个对象的hashCode相同会发生什么？

虽然hashCode相同，但在确认是否发生碰撞的之前，hashMap会做equals()比较，如果为true，说明key已存在，直接覆盖；反之按碰撞处理，因为hashCode相同，所以它们的bucket位置相同，‘碰撞’会发生。因为HashMap使用LinkedList存储对象，所以这个Entry会存储在LinkedList中。

如果两个键的hashCode相同，你如何获取值？

我们调用get()方法，HashMap会使用键对象的hashCode找到bucket位置，找到bucket位置后，会调用key.equals()方法去找到LinkedList中的正确节点，最终找到要找的值对象。

你如何减少碰撞，提高效率呢？

主要有两方面，第一是尽量使用String，Integer等不可变，声明为final的类作为键；第二是采用合适的hashCode()，equals()方法。

如果HashMap的大小超过负载因子定义的容量，会发生什么？

默认负载因子为0.75，也就是说，当一个Map填满了75%的bucket时，和其他集合类一样，将会创建原来HashMap两倍大小的bucket数组，并将原来的对象放入到新bucket中，这个过程叫做rehashing。

你了解重新调整HashMap大小存在什么问题吗？

多线程条件下可能会产生条件竞争。当两个线程都发现HashMap需要重新调整大小时，它们都会尝试调整。在调整大小的过程中，存储在LinkedList中的元素次序会反过来，因为移动到新的bucket时，HashMap并不将将元素放在LinkedList的尾部，而是放在头部，这是为了避免尾部遍历。如果发生条件竞争，会发生死循环。多线程情况下，我们一般使用ConcurrentHashMap。

我们可以使用自定义的对象作为键值吗？

当然可以。你可以使用任何对象作为键，只要它符合equals()和hashCode()方法的定义规则，并且将对象插入到Map后不会发生改变。如果这个自定义的对象是不可变的，那么它就满足作为键的条件。

 

所谓拉链法就是：将链表和数组相结合。也就是说创建一个链表数组，数组中每一个格就是一个链表。若遇到哈希冲突，则将冲突的值加入链表中即可。

JDK1.8之后，相较于之前的版本，JDK1.8之后在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（8）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。

 

7.HashMap多线程操作导致死循环问题？

主要原因在于并发的Rehash会造成元素之间的循环链表。不过jdk1.8后解决了这个问题，但还是不建议在多线程情况下使用HashMap，因为多线程下使用HashMap还是会存在其他问题的，比如数据丢失。并发环境下推荐使用ConcurrentHashMap。

参考：https://coolshell.cn/articles/9606.html

 

 

8.ConcurrentHashMap和HashTable的区别？

ConcurrntHashMap和HashTable的区别主要体现在 实现线程安全的方式上。

1）底层数据结构：JDK1.7的ConcurrentHashMap底层采用分段数组+链表实现，JDK1.8采用的数据结构跟HashMap1.8一样，数组+链表/红黑二叉树。HashTable采用的是数组+链表的形式，数组是HashMap的主体，链表则是为了解决Hash冲突而存在的；

2）实现线程安全的方式：

• 在JDK1.7的时候，ConcorrentHashMap（分段锁）对整个桶数组进行了分割分段（Segment），每一把锁只锁容器其中一部分数据，多线程访问容器里不同数据段的数据，就不会存在所竞争，提高并发访问率。到JDK1.8的时候已经摒弃了Segment概念，而是直接使用node数组+链表+红黑树的数据结构来实现，并发控制使用syncheronized和CAS来操作。整个看起来就像是优化过且线程安全的HashMap；
• HashTable（同一把锁）：使用synchronized来保证线程安全，效率低下。当一个线程访问同步方法时，其他线程也访问同步方法，可能会进入阻塞或轮询状态，如使用put添加元素，另一个线程不能使用put添加元素，也不能使用get，竞争会越来越激烈效率会越来越低。

 

comparable与comparator的区别？

comparable接口实际上是出自java.lang包，它使用compareTo(Object obj)方法来排序；

comparator接口实际上是出自java.util包，它使用compare(Object obj1,Object obj2)方法来排序。

 

 

9.集合框架底层数据结构总结：

Collection

1）List

• Array List：Object数组；
• Vector：Object数组；
• LinkedList（有序，输出与输入顺序一致，允许null值）：双向链表（JDK1.7之前是循环双向链表）；

2）Set

• HashSet（无序，唯一）：基于HashMap实现的，底层采用HashMap来保存元素；
• LinkedHashSet（有序）：LinkedHashSet继承自HashSet，并且其内部是通过LinkedHashMap来实现的。有点类似于我们之前说的LinkedHashMap；
• TreeSet（有序，唯一）：红黑树；

3）Map

• HashMap：JDK1.8之前HashMap由数组+链表组成，数组是HashMap的主体，链表则是为了解决Hash冲突而存在的。JDK1.8之后在解决Hash冲突时有了较大的变化，当链表阈值大于8时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间；
• LinkedHashMap（有序）：LinkedHashMap继承自HashMap，所以它的底层与HashMap相同。另外，LinkedHashMap在上面结构的基础上，增加了一条双向链表，使得上面的结构可以保持键值对的插入顺序。同时通过对链表进行相应的操作，实现了访问顺序相关逻辑；
• HashTable：数组+链表组成，数组是hashMap的主体，链表则是为了解决哈希冲突而存在的；
• TreeMap：红黑树。

 

10.如何选用集合？

主要根据集合的特点来选用，比如我们需要根据键值获取元素值时就选用Map接口下的集合；需要排序时就选择TreeMap，不需要排序就选择HashMap，需要保证线程安全就选用ConcurrentHashMap；

当我们只需要存放元素值时，就选择实现Collection接口的集合，需要保证元素唯一时选择实现Set接口的集合，比如TreeSet或HashSet；

不需要就选择实现List接口的集合，比如ArrayList或LinkedList。