Java面试---集合篇

1.什么是迭代器(Iterator)？

Iterator接口提供了很多对集合元素进行迭代的方法。

每一个集合类都包含了可以返回迭代器实例的迭代方法。

迭代器可以在迭代的过程中删除底层集合的元素,但是不可以直接调用集合的 remove(Object Obj)删除，可以通过迭代器的remove()方法删除。

 

2.Iterator和ListIterator的区别是什么？

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。

 

3.快速失败(fail-fast)和安全失败(fail-safe)的区别是什么？

一：快速失败（fail—fast）          

在用迭代器遍历一个集合对象时，如果遍历过程中对集合对象的结构进行了修改（增加、删除），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结构发生变化，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）。     

二：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。

 

4.HashMap的底层结构？

4.1HashMap的扩容机制？什么时候扩容？

4.2扩容时要重新计算hashcode值吗？

HashMap数据结构图：entry对象的数组+链表/红黑树（entry对象即键值对对象）

HashMap数据插入原理图：

1.判断数组是否为空，为空进行初始化;

2.不为空，计算 k 的 hash 值，通过(n - 1) & hash计算应当存放在数组中的下标 index; 

3.查看 table[index] 是否存在数据，没有数据就构造一个Node节点存放在 table[index] 中； 

4.存在数据，说明发生了hash冲突(存在二个节点key的hash值一样), 继续判断key是否相等，相等，用新的value替换原数据(onlyIfAbsent为false)； 

5.如果不相等，判断当前节点类型是不是树型节点，如果是树型节点，创造树型节点插入红黑树中；(如果当前节点是树型节点证明当前已经是红黑树了) 

6.如果不是树型节点，创建普通Node加入链表中；判断链表长度是否大于 8并且数组长度大于64， 大于的话链表转换为红黑树； 

7.插入完成之后判断当前节点数是否大于阈值，如果大于开始扩容为原数组的二倍。

 

4.1HashMap是怎么初始化容量的？

一般如果new HashMap() 不传值，默认大小是16，负载因子是0.75， 如果自己传入初始大小k，初始化大小为 大于k的 2的整数次方，例如如果传10，大小为16

 

4.2HashMap的哈希函数怎么设计的？为什么？

hash函数是先拿到 key 的hashcode，是一个32位的int值，然后让hashcode的高16位和低16位进行异或操作。

这个也叫扰动函数，这么设计有二点原因：

一定要尽可能降低hash碰撞，越分散越好； 

算法一定要尽可能高效，因为这是高频操作, 因此采用位运算；

 

 

5.HashMap和Hashtable有什么区别？HashTable是如何保证线程安全的？

HashMap和Hashtable都实现了Map接口，因此很多特性非常相似。

他们有以下不同点：

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)。 一般认为Hashtable是一个遗留的类。

 

6.数组(Array)和列表(ArrayList)有什么区别？什么时候应该使用Array而不是ArrayList？

Array可以包含基本类型和对象类型，ArrayList只能包含对象类型。 

Array大小是固定的，ArrayList的大小是动态变化的。 

ArrayList提供了更多的方法和特性，比如：addAll()，removeAll()，iterator()等等。 

对于基本类型数据，集合使用自动装箱来减少编码工作量。但是，当处理固定大小的基本数据类型的时候，这种方式相对比较慢。

 

7.ArrayList和LinkedList有什么区别？

ArrayList和LinkedList都实现了List接口

他们有以下的不同点：

ArrayList是基于索引的数据接口，它的底层是数组。它可以以O(1)时间复杂度对元素进行随机访问。

LinkedList是以元素列表的形式存储它的数据，每一个元素都和它的前一个和后一个元素链接在一起，在这种情况下，查找某个元素的时间复杂度是O(n)。 

相对于ArrayList，LinkedList的插入，添加，删除操作速度更快，因为当元素被添加到集合任意位置的时候，不需要像数组那样重新计算大小或者是更新索引。 

LinkedList比ArrayList更占内存，因为LinkedList为每一个节点存储了两个引用，一个指向前一个元素，一个指向下一个元素。 

 

8.你了解大O符号(big-O notation)么？你能给出不同数据结构的例子么？

大O符号描述了当数据结构里面的元素增加的时候，算法的规模或者是一个渐进上界 。大O符号也可用来描述其他的行为，比如：内存消耗。因为集合类实际上是数据结构，我们一般使用大O符号基于时间，内存和性能来选择最好的实现。大O符号可以对大量数据的性能给出一个很好的说明。

 

9.如何权衡是使用无序的数组还是有序的数组？

有序数组最大的好处在于查找的时间复杂度是O(log n)，而无序数组是O(n)。有序数组的缺点是插入操作的时间复杂度是O(n)，因为值大的元素需要往后移动来给新元素腾位置。相反，无序数组的插入时间复杂度是常量O(1)。

 

10.Enumeration接口和Iterator接口的区别有哪些？

Enumeration速度是Iterator的2倍，同时占用更少的内存。

但是，Iterator远远比Enumeration安全，因为其他线程不能够修改正在被iterator遍历的集合里面的对象。

同时，Iterator允许调用者删除底层集合里面的元素，这对Enumeration来说是不可能的。

 

11.HashSet和TreeSet有什么区别？

HashSet是由一个hash表来实现的，因此，它的元素是无序的。add()，remove()，contains()方法的时间复杂度是O(1)。

TreeSet是由一个树形的结构来实现的，它里面的元素是有序的。因此，add()，remove()，contains()方法的时间复杂度是O(logn)。

 

12.你知道哪些线程安全的集合实现类？

Vector:

Vector和ArrayList类似，是长度可变的数组，与ArrayList不同的是，Vector是线程安全的，它给几乎所有的public方法都加上了synchronized关键字。由于加锁导致性能降低，在不需要并发访问同一对象时，这种强制性的同步机制就显得多余，所以现在Vector已被弃用

HashTable:

HashTable和HashMap类似，不同点是HashTable是线程安全的，它给几乎所有public方法都加上了synchronized关键字，还有一个不同点是HashTable的K，V都不能是null，但HashMap可以，它现在也因为性能原因被弃用了

 

java.util.concurrent包中的集合:

ConcurrentHashMap:

ConcurrentHashMap和HashTable都是线程安全的集合，它们的不同主要是加锁粒度上的不同。HashTable的加锁方法是给每个方法加上synchronized关键字，这样锁住的是整个Table对象。而ConcurrentHashMap是更细粒度的加锁 在JDK1.8之前，ConcurrentHashMap加的是分段锁，也就是Segment锁，每个Segment含有整个table的一部分，这样不同分段之间的并发操作就互不影响 JDK1.8对此做了进一步的改进，它取消了Segment字段，直接在table元素上加锁，实现对每一行进行加锁，进一步减小了并发冲突的概率

 

CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet:

它们是加了写锁的ArrayList和ArraySet，锁住的是整个对象，但读操作可以并发执行

 

除此之外还有ConcurrentSkipListMap、ConcurrentSkipListSet、ConcurrentLinkedQueue、ConcurrentLinkedDeque等，至于为什么没有ConcurrentArrayList，原因是无法设计一个通用的而且可以规避ArrayList的并发瓶颈的线程安全的集合类，只能锁住整个list，这用Collections里的包装类就能办到

 

13.ConcurrentHashMap和HashTable的区别？

ConcurrentHashMap和HashTable都是线程安全的集合，它们的不同主要是加锁粒度上的不同。HashTable的加锁方法是给每个方法加上synchronized关键字，这样锁住的是整个Table对象。而ConcurrentHashMap是更细粒度的加锁 在JDK1.8之前，ConcurrentHashMap加的是分段锁，也就是Segment锁，每个Segment含有整个table的一部分，这样不同分段之间的并发操作就互不影响 JDK1.8对此做了进一步的改进，它取消了Segment字段，直接在table元素上加锁，实现对每一行进行加锁，进一步减小了并发冲突的概率

 

14.LinkedHashMap的使用场景？实现原理？

LinkedHashMap内部维护了一个单链表，有头尾节点，同时LinkedHashMap节点Entry内部除了继承HashMap的Node属性，还有before 和 after用于标识前置节点和后置节点。可以实现按插入的顺序或访问顺序排序。

 

15.TreeMap怎么实现有序的？

TreeMap是按照Key的自然顺序或者Comprator的顺序进行排序，内部是通过红黑树来实现。所以要么key所属的类实现Comparable接口，或者自定义一个实现了Comparator接口的比较器，传给TreeMap用于key的比较。

 

16.JDK1.8对于HashMap的优化？为什么？

数组+链表改成了数组+链表或红黑树；

链表的插入方式从头插法改成了尾插法，简单说就是插入时，如果数组位置上已经有元素，1.7将新元素放到数组中，原始节点作为新节点的后继节点，1.8遍历链表，将元素放置到链表的最后； 

扩容的时候1.7需要对原数组中的元素进行重新hash定位在新数组的位置，1.8采用更简单的判断逻辑，位置不变或索引+旧容量大小； 

在插入时，1.7先判断是否需要扩容，再插入，1.8先进行插入，插入完成再判断是否需要扩容；