java面试题-java集合类

集合类概念

(1).集合类的作用

集合类也叫做容器类，和数组一样，用于存储数据，但数组类型单一，并且长度固定，限制性很大，而集合类可以动态增加长度。

集合存储的元素都是对象(引用地址)，所以集合可以存储不同的数据类型，但如果是需要比较元素来排序的集合，则需要类型一致。

集合中提供了统一的增删改查方法，使用方便。

支持泛型，避免数据不一致和转换异常，还对常用的数据结构进行了封装。

所有的集合类的都在java.util包下。

(2)集合框架体系的组成

 

 

集合框架体系是由Collection、Map(映射关系)和Iterator(迭代器)组成，各部分的作用如下所示。

[1]Collection体系中有三种集合：Set、List、Queue

 Set(集)： 元素是无序的且不可重复。

 List(列表)：元素是有序的且可重复。

 Queue(队列)：封装了数据结构中的队列。

[2]Map体系

 Map用于保存具有映射关系的数据，即key-value(键值对)。Map集合的key是唯一的，不可重复，而value可以重复。所以一个value可以对应多个key。

 Map体系除了常用类之外，还有Properties（属性类）也属于Map体系。

[3]Iterator(迭代器)

Collection集合元素的通用获取方式：在取出元素之前先判断集合中有没有元素。如果有，就把这个元素取出来，继续再判断，如果还有就再取出来，一直把集合中的所有元素全部取出来，这种取出元素的方式专业术语称为迭代。

迭代其实我们可以简单地理解为遍历，是一个标准化遍历各类容器里面的所有对象的方法类，它是一个很典型的设计模式。Iterator 模式是用于遍历集合类的标准访问方法。它可以把访问逻辑从不同类型的集合类中抽象出来，从而避免向客户端暴露集合的内部结构。这样Iterator它总是用同一种逻辑来遍历集合。使得客户端自身不需要来维护集合的内部结构，所有的内部状态都由 Iterator 来维护。客户端从不直接和集合类打交道，它总是控制 Iterator，向它发送”向前”，”向后”，”取当前元素”的命令，就可以间接遍历整个集合。

java.util.Iterator:在Java中Iterator为一个接口，它只提供了迭代的基本规则。在JDK中它是这样定义的：对Collection进行迭代的迭代器。迭代器取代了Java Collection Framework中的Enumeration。

 其接口定义如下：

 public interface Iterator {
     　　boolean hasNext();
     　　Object next();
     　　void remove();
    }

其中：

Object next()：返回迭代器刚越过的元素的引用，返回值是 Object，需要强制转换成自己需要的类型

boolean hasNext()：判断容器内是否还有可供访问的元素

void remove()：删除迭代器刚越过的元素

对于我们而言，我们只一般只需使用 next()、hasNext() 两个方法即可完成迭代。如下：

 for(Iterator it = c.iterator(); it.hasNext(); ) {
     　　Object o = it.next();
     　　 //do something
    }

 

 

 以下是题目：

1. 请说明Java集合类框架的基本接口有哪些？

集合类接口指定了一组叫做元素的对象。集合类接口的每一种具体的实现类都可以选择以它自己的方式对元素进行保存和排序。有的集合类允许重复的键，有些不允许。

Java集合类提供了一套设计良好的支持对一组对象进行操作的接口和类。Java集合类里面最基本的接口有：

Collection：代表一组对象，每一个对象都是它的子元素。

Set：不包含重复元素的Collection。

List：有顺序的collection，并且可以包含重复元素。

Map：可以把键(key)映射到值(value)的对象，键不能重复。

 

2. 请判断List、Set、Map是否继承自Collection接口？

List、Set 是，Map 不是。Map是键值对映射容器，与List和Set有明显的区别，而Set存储的零散的元素且不允许有重复元素（数学中的集合也是如此），List是线性结构的容器，适用于按数值索引访问元素的情形。

 

3. 请说明List、Map、Set三个接口存取元素时，各有什么特点？

List以特定索引来存取元素，可以有重复元素。Set不能存放重复元素（用对象的equals()方法来区分元素是否重复）。Map保存键值对（key-value pair）映射，映射关系可以是一对一或多对一。Set和Map容器都有基于哈希存储和排序树的两种实现版本，基于哈希存储的版本理论存取时间复杂度为O(1)，而基于排序树版本的实现在插入或删除元素时会按照元素或元素的键（key）构成排序树从而达到排序和去重的效果。

 

4. 阐述ArrayList、Vector、LinkedList的存储性能和特性

ArrayList 和Vector都是使用数组方式存储数据，此数组元素数大于实际存储的数据以便增加和插入元素，它们都允许直接按序号索引元素，但是插入元素要涉及数组元素移动等内存操作，所以索引数据快而插入数据慢，Vector由于使用了synchronized方法（线程安全），通常性能上较ArrayList差，而LinkedList使用双向链表实现存储，按序号索引数据需要进行前向或后向遍历，但是插入数据时只需要记录本项的前后项即可，所以插入速度较快。

 

5. ArrayList、Vector、LinkList三种的异同点

 

一、ArrayList

ArrayList是一个可以处理变长数组的类型，这里不局限于“数”组，ArrayList是一个泛型类，可以存放任意类型的对象。顾名思义，ArrayList是一个数组列表，因此其内部是使用一个数组来存放对象的，因为Object是一切类型的父类，因而ArrayList内部是有一个Object类型的数组类存放对象。ArrayList类常用的方法有add()、clear()、get()、indexOf()、remove()、sort()、toArray()、toString()等等，同时ArrayList内部有一个私有类实现Iterator接口，因此可以使用iterator()方法得到ArrayList的迭代器，同时，还有一个私有类实现了ListIterator接口，因此ArrayList也可以调用listIterator()方法得到ListIterator迭代器。

 

由于ArrayList是依靠数组来存放对象的，只不过封装起来了而已，因此其一些查找方法的效率都是O(n)，跟普通的数组效率差不多，只不过这个ArrayList是一个可变”数组“，并且可以存放一切指定的对象。

另外，由于ArrayList的所有方法都是默认在单一线程下进行的，因此ArrayList不具有线程安全性。若想在多线程下使用，应该使用Colletions类中的静态方法synchronizedList()对ArrayList进行调用即可。

 

二、LinkedList

LinkedList可以看做为一个双向链表，所有的操作都可以认为是一个双向链表的操作，因为它实现了Deque接口和List接口。同样，LinkedList也是线程不安全的，如果在并发环境下使用它，同样用Colletions类中的静态方法synchronizedList()对LinkedList进行调用即可。

在LinkedList的内部实现中，并不是用普通的数组来存放数据的，而是使用结点<Node>来存放数据的，有一个指向链表头的结点first和一个指向链表尾的结点last。不同于ArrayList只能在数组末尾添加数据，LinkList可以很方便在链表头或者链表尾插入数据，或者在指定结点前后插入数据，还提供了取走链表头或链表尾的结点，或取走中间某个结点，还可以查询某个结点是否存在。add()方法默认在链表尾部插入数据。总之，LinkedList提供了大量方便的操作方法，并且它的插入或增加等方法的效率明显高于ArrayList类型，但是查询的效率要低一点，因为它是一个双向链表。

因此，LinkedList与ArrayList最大的区别是LinkedList更加灵活，并且部分方法的效率比ArrayList对应方法的效率要高很多，对于数据频繁出入的情况下，并且要求操作要足够灵活，建议使用LinkedList；对于数组变动不大，主要是用来查询的情况下，可以使用ArrayList。

 

三、Vector

Vector也是一个类似于ArrayList的可变长度的数组类型，它的内部也是使用数组来存放数据对象的。值得注意的是Vector与ArrayList唯一的区别是，Vector是线程安全的，即它的大部分方法都包含有关键字synchronized，因此，若对于单一线程的应用来说，最好使用ArrayList代替Vector，因为这样效率会快很多（类似的情况有StringBuffer与StringBuilder）；而在多线程程序中，为了保证数据的同步和一致性，可以使用Vector代替ArrayList实现同样的功能。

 

6. 请说明Collection 和 Collections的区别。

Collection是集合类的上级接口，它提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法。继承与他的接口主要有Set 和List.

Collections是针对集合类的一个帮助类，他提供一系列静态方法实现对各种集合的搜索、排序、线程安全化等操作。

 

7. 请你说明HashMap和Hashtable的区别？ 

HashMap和Hashtable都实现了Map接口，因此很多特性非常相似。但是，他们有以下不同点：

• 继承的父类不同：Hashtable继承自Dictionary类，而HashMap继承自AbstractMap类。但二者都实现了Map接口。
• HashMap允许键和值是null，而Hashtable不允许键或者值是null。
• Hashtable是同步的，而HashMap不是。因此，HashMap更适合于单线程环境，而Hashtable适合于多线程环境。HashMap是线程不安全的，在多线程环境下会容易产生死循环，但是单线程环境下运行效率高；Hashtable线程安全的，很多方法都有synchronized修饰，但同时因为加锁导致单线程环境下效率较低。
• HashMap提供了可供应用迭代的键的集合，因此，HashMap是快速失败的。另一方面，Hashtable提供了对键的列举(Enumeration)。

 

8. 请简单说明一下什么是迭代器？

Iterator提供了统一遍历操作集合元素的统一接口, Collection接口实现Iterable接口,

每个集合都通过实现Iterable接口中iterator()方法返回Iterator接口的实例, 然后对集合的元素进行迭代操作.

有一点需要注意的是：在迭代元素的时候不能通过集合的方法删除元素, 否则会抛出ConcurrentModificationException 异常. 但是可以通过Iterator接口中的remove()方法进行删除.

 

9. 请你说说Iterator和ListIterator的区别？

• Iterator可用来遍历Set和List集合，但是ListIterator只能用来遍历List。
• Iterator对集合只能是前向遍历，ListIterator既可以前向也可以后向。
• ListIterator实现了Iterator接口，并包含其他的功能，比如：增加元素，替换元素，获取前一个和后一个元素的索引，等等。
• ListIterator可以定位当前的索引位置，nextIndex()和previousIndex()可以实现。Iterator 没有此功能。
• 都可实现删除对象，但是ListIterator可以实现对象的修改，set()方法可以实现。Iterator仅能遍历，不能修改。因为ListIterator的这些功能，可以实现对LinkedList等List数据结构的操作。

 

10. 请说说快速失败(fail-fast)和安全失败(fail-safe)的区别？

Iterator的安全失败是基于对底层集合做拷贝，因此，它不受源集合上修改的影响。java.util包下面的所有的集合类都是快速失败的，而java.util.concurrent包下面的所有的类都是安全失败的。快速失败的迭代器会抛出ConcurrentModificationException异常，而安全失败的迭代器永远不会抛出这样的异常。

 

11. 请解释为什么集合类没有实现Cloneable和Serializable接口？

克隆(cloning)或者是序列化(serialization)的语义和含义是跟具体的实现相关的。因此，应该由集合类的具体实现来决定如何被克隆或者是序列化。

实现Serializable序列化的作用：将对象的状态保存在存储媒体中以便可以在以后重写创建出完全相同的副本；按值将对象从一个从一个应用程序域发向另一个应用程序域。

实现 Serializable接口的作用就是可以把对象存到字节流，然后可以恢复。所以你想如果你的对象没有序列化，怎么才能进行网络传输呢？要网络传输就得转为字节流，所以在分布式应用中，你就得实现序列化。如果你不需要分布式应用，那就没必要实现实现序列化。

 

针对为什么集合类没有实现这两个接口：

Cloneable是复制对象的，序列化也是针对对象的操作，集合类只是管理对象的一个工具，就好比说list能够线性的管理对象，set集合能够对对象去重等，这些集合类都是针对与为管理对象而产生的。

其实，这两个接口都是针对真实的对象，而不是集合类这样的管理对象的对象。这个从语义上就是集合类的Cloneable接口和Serializable接口。应该用集合中具体的类型实现，而不是用集合类来实现序列化。

假设集合类实现了这两个接口，如果我要生成一个不需要序列化，不需要clone的集合，那么集合类就强行实现，这样有违集合的设计原则。

 

12. 请说明ArrayList是否会越界？

　　众所周知，Java中的arraylist的大小是随着我们添加的元素多少而变化的，于是我们习惯性的以为arraylist就是无限大的，其实不然，arraylist也是有边界的。

　　当我们调用arraylist.add(object temp)的时候是不会出现数组越界的问题的，但是我们调用arraylist.add(int index, object temp)的时候，就有可能出现数组越界。

　　如果我们初始化arraylist后，没有add元素就要按照索引插入元素，那么此时就会爆出数组越界的问题。因为此时arraylist还没有给你索引的地方分配空间。

　　ArrayList多线程并发add()可能出现数组下标越界异常。

 

 

13. 请你解释一下hashMap具体如何实现的？

Hashmap基于数组实现的，通过对key的hashcode & 数组的长度得到在数组中位置，如当前数组有元素，则数组当前元素next指向要插入的元素，这样来解决hash冲突的，形成了拉链式的结构。put时在多线程情况下，会形成环从而导致死循环。数组长度一般是2n，从0开始编号，所以hashcode & （2n-1），（2n-1）每一位都是1，这样会让散列均匀。

需要注意的是，HashMap在JDK1.8的版本中引入了红黑树结构做优化，当链表元素个数大于等于8时，链表转换成树结构；若桶中链表元素个数小于等于6时，树结构还原成链表。因为红黑树的平均查找长度是log(n)，长度为8的时候，平均查找长度为3，如果继续使用链表，平均查找长度为8/2=4，这才有转换为树的必要。链表长度如果是小于等于6，6/2=3，虽然速度也很快的，但是转化为树结构和生成树的时间并不会太短。还有选择6和8，中间有个差值7可以有效防止链表和树频繁转换。假设一下，如果设计成链表个数超过8则链表转换成树结构，链表个数小于8则树结构转换成链表，如果一个HashMap不停的插入、删除元素，链表个数在8左右徘徊，就会频繁的发生树转链表、链表转树，效率会很低。

 

14. 请你说明一下TreeMap的底层实现？

TreeMap 的实现就是红黑树数据结构，也就说是一棵自平衡的排序二叉树，这样就可以保证当需要快速检索指定节点。

红黑树的插入、删除、遍历时间复杂度都为O(lgN)，所以性能上低于哈希表。但是哈希表无法提供键值对的有序输出，红黑树因为是排序插入的，可以按照键的值的大小有序输出。红黑树性质：

性质1：每个节点要么是红色，要么是黑色。

性质2：根节点永远是黑色的。

性质3：所有的叶节点都是空节点（即 null），并且是黑色的。

性质4：每个红色节点的两个子节点都是黑色。（从每个叶子到根的路径上不会有两个连续的红色节点）

性质5：从任一节点到其子树中每个叶子节点的路径都包含相同数量的黑色节点。

 

 

 

 

题目来源：https://mp.weixin.qq.com/s/BzcQ7_pioxl2fmmm_ApS-g