面试类-Java集合 (一)

1.说说有哪些常见集合？

集合相关类和接口都在java.util中，主要分为3种：List（列表）、Map（映射）、Set(集)。

                                                                            Java集合主要关系

其中Collection是集合List、Set的父接口，它主要有两个子接口：

• List：存储的元素有序，可重复。
• Set：存储的元素不无序，不可重复。

Map是另外的接口，是键值对映射结构的集合。

List

List，也没啥好问的，但不排除面试官剑走偏锋，比如面试官也看了我这篇文章。

2.ArrayList和LinkedList有什么区别？

**（1）**数据结构不同

• ArrayList基于数组实现
• LinkedList基于双向链表实现

                                          ArrayList和LinkedList的数据结构

（2） 多数情况下，ArrayList更利于查找，LinkedList更利于增删

• ArrayList基于数组实现，get(int index)可以直接通过数组下标获取，时间复杂度是O(1)；LinkedList基于链表实现，get(int index)需要遍历链表，时间复杂度是O(n)；当然，get(E element)这种查找，两种集合都需要遍历，时间复杂度都是O(n)。

• ArrayList增删如果是数组末尾的位置，直接插入或者删除就可以了，但是如果插入中间的位置，就需要把插入位置后的元素都向前或者向后移动，甚至还有可能触发扩容；双向链表的插入和删除只需要改变前驱节点、后继节点和插入节点的指向就行了，不需要移动元素。

                                         ArrayList和LinkedList中间插入

 

                                      ArrayList和LinkedList中间删除

注意，这个地方可能会出陷阱，LinkedList更利于增删更多是体现在平均步长上，不是体现在时间复杂度上，二者增删的时间复杂度都是O(n)

**（3）**是否支持随机访问

• ArrayList基于数组，所以它可以根据下标查找，支持随机访问，当然，它也实现了RandmoAccess 接口，这个接口只是用来标识是否支持随机访问。
• LinkedList基于链表，所以它没法根据序号直接获取元素，它没有实现RandmoAccess 接口，标记不支持随机访问。

**（4）**内存占用，ArrayList基于数组，是一块连续的内存空间，LinkedList基于链表，内存空间不连续，它们在空间占用上都有一些额外的消耗：

• ArrayList是预先定义好的数组，可能会有空的内存空间，存在一定空间浪费
• LinkedList每个节点，需要存储前驱和后继，所以每个节点会占用更多的空间

3.ArrayList的扩容机制了解吗？

ArrayList是基于数组的集合，数组的容量是在定义的时候确定的，如果数组满了，再插入，就会数组溢出。所以在插入时候，会先检查是否需要扩容，如果当前容量+1超过数组长度，就会进行扩容。

ArrayList的扩容是创建一个1.5倍的新数组，然后把原数组的值拷贝过去。

                                              ArrayList扩容

4.ArrayList怎么序列化的知道吗？ 为什么用transient修饰数组？

ArrayList的序列化不太一样，它使用transient修饰存储元素的elementData的数组，transient关键字的作用是让被修饰的成员属性不被序列化。

为什么最ArrayList不直接序列化元素数组呢？

出于效率的考虑，数组可能长度100，但实际只用了50，剩下的50不用其实不用序列化，这样可以提高序列化和反序列化的效率，还可以节省内存空间。

那ArrayList怎么序列化呢？

ArrayList通过两个方法readObject、writeObject自定义序列化和反序列化策略，实际直接使用两个流ObjectOutputStream和ObjectInputStream来进行序列化和反序列化。

                                              ArrayList自定义序列化

5.快速失败(fail-fast)和安全失败(fail-safe)了解吗？

快速失败（fail—fast）：快速失败是Java集合的一种错误检测机制

• 在用迭代器遍历一个集合对象时，如果线程A遍历过程中，线程B对集合对象的内容进行了修改（增加、删除、修改），则会抛出Concurrent Modification Exception。
• 原理：迭代器在遍历时直接访问集合中的内容，并且在遍历过程中使用一个 modCount 变量。集合在被遍历期间如果内容发生变化，就会改变modCount的值。每当迭代器使用hashNext()/next()遍历下一个元素之前，都会检测modCount变量是否为expectedmodCount值，是的话就返回遍历；否则抛出异常，终止遍历。
• 注意：这里异常的抛出条件是检测到 modCount！=expectedmodCount 这个条件。如果集合发生变化时修改modCount值刚好又设置为了expectedmodCount值，则异常不会抛出。因此，不能依赖于这个异常是否抛出而进行并发操作的编程，这个异常只建议用于检测并发修改的bug。
• 场景：java.util包下的集合类都是快速失败的，不能在多线程下发生并发修改（迭代过程中被修改），比如ArrayList 类。

安全失败（fail—safe）

• 采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。
• 原理：由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历，所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到，所以不会触发Concurrent Modification Exception。
• 缺点：基于拷贝内容的优点是避免了Concurrent Modification Exception，但同样地，迭代器并不能访问到修改后的内容，即：迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝，在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的。
• 场景：java.util.concurrent包下的容器都是安全失败，可以在多线程下并发使用，并发修改，比如CopyOnWriteArrayList类。

6.有哪几种实现ArrayList线程安全的方法？

fail-fast是一种可能触发的机制，实际上，ArrayList的线程安全仍然没有保证，一般，保证ArrayList的线程安全可以通过这些方案：

• 使用 Vector 代替 ArrayList。（不推荐，Vector是一个历史遗留类）
• 使用 Collections.synchronizedList 包装 ArrayList，然后操作包装后的 list。
• 使用 CopyOnWriteArrayList 代替 ArrayList。
• 在使用 ArrayList 时，应用程序通过同步机制去控制 ArrayList 的读写。

7.CopyOnWriteArrayList了解多少？

CopyOnWriteArrayList就是线程安全版本的ArrayList。

它的名字叫CopyOnWrite——写时复制，已经明示了它的原理。

CopyOnWriteArrayList采用了一种读写分离的并发策略。CopyOnWriteArrayList容器允许并发读，读操作是无锁的，性能较高。至于写操作，比如向容器中添加一个元素，则首先将当前容器复制一份，然后在新副本上执行写操作，结束之后再将原容器的引用指向新容器。

                                                                          CopyOnWriteArrayList原理