集合框架总结与开发遇到的问题
Java集合框架的基础接口有哪些？
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Collection为集合层级的根接口。一个集合代表一组对象，这些对象即为它的元素。Java平台不提供这个接口任何直接的实现。
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Set是一个不能包含重复元素的集合。这个接口对数学集合抽象进行建模，被用来代表集合，就如一副牌
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List是一个有序集合，可以包含重复元素。你可以通过它的索引来访问任何元素。List更像长度动态变换的数组。
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Map是一个将key映射到value的对象.一个Map不能包含重复的key：每个key最多只能映射一个value。
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一些其它的接口有Queue、Dequeue、SortedSet、SortedMap和ListIterator。
Enumeration和Iterator接口的区别？
Enumeration的速度是Iterator的两倍，也使用更少的内存。Enumeration是非常基础的，也满足了基础的需要。
但是，与Enumeration相比，Iterator更加安全，因为当一个集合正在被遍历的时候会阻止其它线程去修改集合。
迭代器取代了Java集合框架中的Enumeration。迭代器允许调用者从集合中移除元素，而Enumeration不能做到。为了使它的功能更加清晰，迭代器方法名已经经过改善。
Iterater和ListIterator之间有什么区别？
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我们可以使用Iterator来遍历Set和List集合，而ListIterator只能遍历List。
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Iterator只可以向前遍历，而LIstIterator可以双向遍历。
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ListIterator从Iterator接口继承，然后添加了一些额外的功能，比如添加一个元素、替换一个元素、获取前面或后面元素的索引位置。
我们如何对一组对象进行排序
如果我们需要对一个对象数组进行排序，我们可以使用Arrays.sort()方法。如果我们需要排序一个对象列表，我们可以使用Collection.sort()方法。
两个类都有用于自然排序（使用Comparable）或基于标准的排序（使用Comparator）的重载方法sort()。
Collections内部使用数组排序方法，所有它们两者都有相同的性能，只是Collections需要花时间将列表转换为数组。
与Java集合框架相关的有哪些最好的实践？
- 根据需要选择正确的集合类型。比如，如果指定了大小，我们会选用Array而非ArrayList。如果我们想根据插入顺序遍历一个Map，我们需要使用TreeMap。如果我们不想重复，我们应该使用Set。
- 一些集合类允许指定初始容量，所以如果我们能够估计到存储元素的数量，我们可以使用它，就避免了重新哈希或大小调整。
- 基于接口编程，而非基于实现编程，它允许我们后来轻易地改变实现。
- 总是使用类型安全的泛型，避免在运行时出现ClassCastException。
- 使用JDK提供的不可变类作为Map的key，可以避免自己实现hashCode()和equals()
- 尽可能使用Collections工具类，或者获取只读、同步或空的集合，而非编写自己的实现。它将会提供代码重用性，它有着更好的稳定性和可维护性。
comparable 和 Comparator的区别
- comparable接口实际上是出自java.lang包 它有一个
compareTo(Object obj)方法用来排序 - comparator接口实际上是出自 java.util 包它有一个
compare(Object obj1, Object obj2)方法用来排序
一般我们需要对一个集合使用自定义排序时，我们就要重写compareTo()方法或compare()方法，当我们需要对某一个集合实现两种排序方式，比如一个song对象中的歌名和歌手名分别采用一种排序方法的话，我们可以重写compareTo()方法和使用自制的Comparator方法或者以两个Comparator来实现歌名排序和歌星名排序，第二种代表我们只能使用两个参数版的 Collections.sort().
Comparator定制排序
ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>();
arrayList.add(-1);
arrayList.add(3);
arrayList.add(3);
arrayList.add(-5);
arrayList.add(7);
arrayList.add(4);
arrayList.add(-9);
arrayList.add(-7);
System.out.println("原始数组:");
System.out.println(arrayList);
// void reverse(List list)：反转
Collections.reverse(arrayList);
System.out.println("Collections.reverse(arrayList):");
System.out.println(arrayList);
// void sort(List list),按自然排序的升序排序
Collections.sort(arrayList);
System.out.println("Collections.sort(arrayList):");
System.out.println(arrayList);
// 定制排序的用法
Collections.sort(arrayList, new Comparator<Integer>() {
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
return o2.compareTo(o1);
}
});
System.out.println("定制排序后：");
System.out.println(arrayList);
原始数组:
[-1, 3, 3, -5, 7, 4, -9, -7]
Collections.reverse(arrayList):
[-7, -9, 4, 7, -5, 3, 3, -1]
Collections.sort(arrayList):
[-9, -7, -5, -1, 3, 3, 4, 7]
定制排序后：
[7, 4, 3, 3, -1, -5, -7, -9]
重写compareTo方法实现按年龄来排序
// person对象没有实现Comparable接口，所以必须实现，这样才不会出错，才可以使treemap中的数据按顺序排列
// 前面一个例子的String类已经默认实现了Comparable接口，详细可以查看String类的API文档，另外其他
// 像Integer类等都已经实现了Comparable接口，所以不需要另外实现了
public class Person implements Comparable<Person> {
private String name;
private int age;
public Person(String name, int age) {
super();
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
/**
* TODO重写compareTo方法实现按年龄来排序
*/
@Override
public int compareTo(Person o) {
// TODO Auto-generated method stub
if (this.age > o.getAge()) {
return 1;
} else if (this.age < o.getAge()) {
return -1;
}
return age;
}
}
public static void main(String[] args) {
TreeMap<Person, String> pdata = new TreeMap<Person, String>();
pdata.put(new Person("张三", 30), "zhangsan");
pdata.put(new Person("李四", 20), "lisi");
pdata.put(new Person("王五", 10), "wangwu");
pdata.put(new Person("小红", 5), "xiaohong");
// 得到key的值的同时得到key所对应的值
Set<Person> keys = pdata.keySet();
for (Person key : keys) {
System.out.println(key.getAge() + "-" + key.getName());
}
}
5-小红
10-王五
20-李四
30-张三
List各实现类的总结
- Arraylist： Object数组、有序可重复、查询快、增删慢、线程不安全，jdk1.7之前默认初始长度为10，jdk1.8之后初始长度为0，第一次add的时候如果没有指定长度默认为10。如果数组的实际容量 + 1 大于 数组的存储容量的时候，就开始扩容，每次扩1.5 倍。
- Vector： Object数组，有序，可重复，查询快，增删慢，线程安全。Vector默认增加为原来的一倍（* 2）
- LinkedList： 双向链表(JDK1.6之前为循环链表，JDK1.7取消了循环)，查询慢，增删快，线程不安全
Arraylist 与 LinkedList 区别?
- 1. 是否保证线程安全：
ArrayList和LinkedList都是不同步的，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（JDK1.6之前为循环链表，JDK1.7取消了循环。注意双向链表和双向循环链表的区别，下面有介绍到！） - 3. 插入和删除是否受元素位置的影响： ①
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会默认在将指定的元素追加到此列表的末尾，这种情况时间复杂度就是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 和第 i 个元素之后的(n-i)个元素都要执行向后位/向前移一位的操作。 ②LinkedList采用链表存储，所以对于add(E e)方法的插入，删除元素时间复杂度不受元素位置的影响，近似 O（1），如果是要在指定位置i插入和删除元素的话（(add(int index, E element)） 时间复杂度近似为o(n))因为需要先移动到指定位置再插入。 - 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(对应于get(int index)方法)。 - 5. 内存空间占用： ArrayList的空 间浪费主要体现在在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（因为要存放直接后继和直接前驱以及数据）。
- 适用场景分析：当需要对数据进行对此访问的情况下选用ArrayList，当需要对数据进行多次增加删除修改时采用LinkedList。
List的遍历方式总结：
- 实现了
RandomAccess接口的list，优先选择普通 for 循环 ，其次 foreach, - 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for循环
解释一下双向链表和双向循环链表
双向链表： 包含两个指针，一个prev指向前一个节点，一个next指向后一个节点。
双向循环链表： 最后一个节点的 next 指向head，而 head 的prev指向最后一个节点，构成一个环。
ArrayList 与 Vector 区别呢?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地访问一个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时建议使用Arraylist。
Arrays.asList方法后的List可以扩容吗
Arrays.asList使用的是final数组，并且不支持add方法，不支持扩容。
ArrayList与Vector的比较
1、Vector的方法都是同步的，是线程安全的，而ArrayList的方法不是，由于线程的同步必然要影响性能。因此，ArrayList的性能比Vector好。
2、当Vector或ArrayList中的元素超过它的初始大小时，Vector会将它的容量翻倍，而ArrayList只增加50%的大小，这样。ArrayList就有利于节约内存空间。
3、大多数情况不使用Vector，因为性能不好，但是它支持线程的同步，即某一时刻只有一个线程能够写Vector，避免多线程同时写而引起的不一致性。
4、Vector可以设置增长因子，而ArrayList不可以。
适用场景分析：
1、Vector是线程同步的，所以它也是线程安全的，而ArrayList是线程异步的，是不安全的。如果不考虑到线程的安全因素，一般用ArrayList效率比较高。
2、如果集合中的元素的数目大于目前集合数组的长度时，在集合中使用数据量比较大的数据，用Vector有一定的优势。
快速失败 (fail-fast) 和安全失败 (fail-safe) 的区别是什么？
1、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内容进行修改（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）。
2、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。
Set
Set里的元素是不能重复的，那么用什么方法来区分重复与否呢? 是用==还是equals()? 它们有何区别?
Set里的元素是不能重复的，那么用iterator()方法来区分重复与否。equals()是判读两个Set是否相等。
equals()和==方法决定引用值是否指向同一对象equals()在类中被覆盖，为的是当两个分离的对象的内容和类型相配的话，返回真值。
HashSet与TreeSet的比较
1.TreeSet 是二叉树实现的，Treeset中的数据是自动排好序的，不允许放入null值 。
2.HashSet 是哈希表实现的，HashSet中的数据是无序的，可以放入null，但只能放入一个null，两者中的值都不能重复，就如数据库中唯一约束 。
3.HashSet要求放入的对象必须实现HashCode()方法，放入的对象，是以hashcode码作为标识的，而具有相同内容的String对象，hashcode是一样，所以放入的内容不能重复。但是同一个类的对象可以放入不同的实例。
适用场景分析：
HashSet是基于Hash算法实现的，其性能通常都优于TreeSet。我们通常都应该使用HashSet，在我们需要排序的功能时，我们才使用TreeSet。
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值来判断对象加入的位置，同时也会与其他加入的对象的hashcode值作比较，如果没有相符的hashcode，HashSet会假设对象没有重复出现。但是如果发现有相同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：
- 如果两个对象相等，则hashcode一定也是相同的
- 两个对象相等,对两个equals方法返回true
- 两个对象有相同的hashcode值，它们也不一定是相等的
- 综上，equals方法被覆盖过，则hashCode方法也必须被覆盖
- hashCode()的默认行为是对堆上的对象产生独特值。如果没有重写hashCode()，则该class的两个对象无论如何都不会相等（即使这两个对象指向相同的数据）。
==与equals的区别 - ==是判断两个变量或实例是不是指向同一个内存空间 equals是判断两个变量或实例所指向的内存空间的值是不是相同
- ==是指对内存地址进行比较 equals()是对字符串的内容进行比较
- ==指引用是否相同 equals()指的是值是否相同
Map
HashMap的原理，内部数据结构
底层使用哈希表(数组+链表)，当链表过长会将链表转成红黑树以实现O(logn)时间复杂度内查找
讲一下HashMap中put方法过程?
- 对Key求Hash值，然后再计算下标。
- 如果没有碰撞,直接放入桶中,
- 如果碰撞了，以链表的方式链接到后面，
- 如果链表长度超过阀值(TREEIFY. _THRESHOLD==8)，就把链表转成红黑树。
- 如果节点已经存在就替换旧值
- 如果桶满了(容量*加载因子)，就需要resize.
HashMap中hash函数怎么实现的？还有那些hash的实现 - 高16bit不变，低16bit和高16bit做个异或
- (n-1)&hash 得到node节点在数组中的下标
HashMap怎样解决冲突,讲一下扩容过程，假如一个值在原数组中,现在移动了新数组，位置肯定改变了，那是什么定位到在这个值新数组中的位置,
- 将新节点加到链表后,
- 容量扩充为原来的两倍，然后对每个节点重新计算哈希值。
- 这个值只可能在两个地方, -个是原下标的位置，另-种是在下标为<原下标+原容量>的位置。
抛开HashMap, hash 冲突有那些解决办法?
开放定址，链地址法
HashMap和Hashtable的区别。
- 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修饰。（如果你要保证线程安全的话就使用 ConcurrentHashMap 吧！）； - 效率： 因为线程安全的问题，HashMap 要比 HashTable 效率高一点。另外，HashTable 基本被淘汰，不要在代码中使用它；
- 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，可以有一个或多个键所对应的值为 null。。但是在 HashTable 中 put 进的键值只要有一个 null，直接抛出 NullPointerException。
- 初始容量大小和每次扩充容量大小的不同 ： ①创建时如果不指定容量初始值，Hashtable 默认的初始大小为11，之后每次扩充，容量变为原来的2n+1。HashMap 默认的初始化大小为16。之后每次扩充，容量变为原来的2倍。②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（HashMap 中的
tableSizeFor()方法保证，）。也就是说 HashMap 总是使用2的幂作为哈希表的大小,后面会介绍到为什么是2的幂次方。 - 底层数据结构： JDK1.8 以后的 HashMap 在解决哈希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，以减少搜索时间。Hashtable 没有这样的机制。
HashMap 的长度为什么是2的幂次方
为了能让 HashMap 存取高效，尽量较少碰撞，也就是要尽量把数据分配均匀。我们上面也讲到了过了，Hash 值的范围值-2147483648到2147483647，前后加起来大概40亿的映射空间，只要哈希函数映射得比较均匀松散，一般应用是很难出现碰撞的。但问题是一个40亿长度的数组，内存是放不下的。所以这个散列值是不能直接拿来用的。用之前还要先做对数组的长度取模运算，得到的余数才能用来要存放的位置也就是对应的数组下标。这个数组下标的计算方法是“ (n - 1) & hash”。（n代表数组长度）。这也就解释了 HashMap 的长度为什么是2的幂次方。
这个算法应该如何设计呢？
我们首先可能会想到采用%取余的操作来实现。但是，重点来了：“取余(%)操作中如果除数是2的幂次则等价于与其除数减一的与(&)操作（也就是说 hash%length==hash&(length-1)的前提是 length 是2的 n 次方；）。” 并且 采用二进制位操作 &，相对于%能够提高运算效率，这就解释了 HashMap 的长度为什么是2的幂次方。
HashMap 多线程操作导致死循环问题
主要原因在于 并发下的Rehash 会造成元素之间会形成一个循环链表。不过，jdk 1.8 后解决了这个问题，但是还是不建议在多线程下使用 HashMap,因为多线程下使用 HashMap 还是会存在其他问题比如数据丢失。并发环境下推荐使用 ConcurrentHashMap 。https://cloud.tencent.com/developer/article/1498035
HashMap和ConcurrentHashMap的区别
1、HashMap不是线程安全的，而ConcurrentHashMap是线程安全的。
2、ConcurrentHashMap采用锁分段技术，jdk1.8:采用了CAS+同步锁Synchronized对链表头节点进行锁定，底层使用数组+链表+红黑树。JDK1.7:将整个Hash桶进行了分段segment，也就是将这个大的数组分成了几个小的片段segment，而且每个小的片段segment上面都有锁存在，那么在插入元素的时候就需要先找到应该插入到哪一个片段segment，然后再在这个片段上面进行插入，而且这里还需要获取segment锁。
3、ConcurrentHashMap让锁的粒度更精细一些，并发性能更好。
SynchronizedMap和ConcurrentHashMap的区别
HashMap 和 HashSet区别
HashSet 底层就是基于 HashMap 实现的。（HashSet 的源码非常非常少，因为除了 clone()、writeObject()、readObject()是 HashSet 自己不得不实现之外，其他方法都是直接调用 HashMap 中的方法。
| HashMap | HashSet |
|---|---|
| 实现了Map接口 | 实现Set接口 |
| 存储键值对 | 仅存储对象 |
调用 put（）向map中添加元素 |
调用 add（）方法向Set中添加元素 |
| HashMap使用键（Key）计算Hashcode | HashSet使用成员对象来计算hashcode值，对于两个对象来说hashcode可能相同，所以equals()方法用来判断对象的相等性， |
HashTable和ConcurrentHashMap的区别
ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别主要体现在实现线程安全的方式上不同。
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底层数据结构： JDK1.7的 ConcurrentHashMap 底层采用 分段的数组+链表 实现，JDK1.8 采用的数据结构跟HashMap1.8的结构一样，数组+链表/红黑二叉树。Hashtable 和 JDK1.8 之前的 HashMap 的底层数据结构类似都是采用 数组+链表 的形式，数组是 HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的；
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实现线程安全的方式（重要）： ① 在JDK1.7的时候，ConcurrentHashMap（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，就不会存在锁竞争，提高并发访问率。 到了 JDK1.8 的时候已经摒弃了Segment的概念，而是直接用 Node 数组+链表+红黑树的数据结构来实现，并发控制使用 synchronized 和 CAS 来操作。（JDK1.6以后 对 synchronized锁做了很多优化） 整个看起来就像是优化过且线程安全的 HashMap，虽然在JDK1.8中还能看到 Segment 的数据结构，但是已经简化了属性，只是为了兼容旧版本；② Hashtable(同一把锁) :使用 synchronized 来保证线程安全，效率非常低下。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越低。
HashTable
JDK1.7的ConcurrentHashMap：
JDK1.8的ConcurrentHashMap（TreeBin: 红黑二叉树节点 Node: 链表节点）：
ConcurrentHashMap线程安全的具体实现方式/底层具体实现
JDK1.7（上面有示意图）
首先将数据分为一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据时，其他段的数据也能被其他线程访问。
ConcurrentHashMap 是由 Segment 数组结构和 HashEntry 数组结构组成。
Segment 实现了 ReentrantLock,所以 Segment 是一种可重入锁，扮演锁的角色。HashEntry 用于存储键值对数据。
static class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable {
}
一个 ConcurrentHashMap 里包含一个 Segment 数组。Segment 的结构和HashMap类似，是一种数组和链表结构，一个 Segment 包含一个 HashEntry 数组，每个 HashEntry 是一个链表结构的元素，每个 Segment 守护着一个HashEntry数组里的元素，当对 HashEntry 数组的数据进行修改时，必须首先获得对应的 Segment的锁。
JDK1.8 （上面有示意图）
ConcurrentHashMap取消了Segment分段锁，采用CAS和synchronized来保证并发安全。数据结构跟HashMap1.8的结构类似，数组+链表/红黑二叉树。Java 8在链表长度超过一定阈值（8）时将链表（寻址时间复杂度为O(N)）转换为红黑树（寻址时间复杂度为O(log(N))）
synchronized只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点，这样只要hash不冲突，就不会产生并发，效率又提升N倍。
由数组转换的list,只能循环遍历，而不能看长度，增加元素，删除元素，这是为何？
public static void main(String[] args) {
String[] str = {"张三", "李四", "王五"};
List<String> strings = Arrays.asList(str);
strings.add("李六");
System.out.println(strings.size());
}
因为将数组转换的列表其实不是我们经常使用的arrayList，但只是数组中内部定义的一种数据结构类型，本质还是原数组而并非列表，因此当向列表添加元素就会出现错误。
