入职大厂，齐姐精选的 9 道 Java 集合面试题

Posted 2021-08-24 小齐本齐

Java 集合框架其实都讲过了，有一篇讲 Collection 的，有一篇讲 HashMap 的，那没有看过的小伙伴快去补下啦，文末也都有链接；看过的小伙伴，那本文就是检测学习成果的时候啦

今天这篇文章是单纯的从面试的角度出发，以回答面试题为线索，再把整个 Java 集合框架复习一遍，希望能帮助大家拿下面试。

先上图：

当面试官问问题时，我会先把问题归类，锁定这个知识点在我的知识体系中的位置，然后延展开来想这一块有哪些重点内容，面试官问这个是想考察什么、接下来还想问什么。

这样自己的思路不会混乱，还能预测面试官下一个问题，或者，也可以引导面试官问出你精心准备的问题，这场面试本质上就是你在主导、你在 show off 自己扎实的基础知识和良好的沟通交流能力。

其实我在 LRU 那篇文章里就说到过这个观点，然后就有读者问我，说会不会被面试官看穿？

答：看出来了又怎样？面试官阅人无数，是有可能看出来的，但是也只会莞尔一笑，觉得这个同学很用心。

精心准备面试既是对面试官个人时间的尊重，也是表明了你对这家公司的兴趣，这样的员工不是每家公司都想要的吗？

好了，进入正题，今天就来解决这 9 大面试题。

1. ArrayList vs LinkedList

这题的问法很多，比如

• 最简单的就直接问 ArrayList 和 LinkedList 的区别和联系；
• 或者问你什么时候要选择 ArrayList，什么时候选择 LinkedList；
• 或者在你们聊到某个场景、或者在算法题中，面试官问你如何选择。

万变不离其宗。

首先结论是：

• 绝大多数的情形下都偏向于用 ArrayList，除非你有明确的要使用 LinkedList 的理由。
• 如果你不确定用哪个，就用 ArrayList。

两者在实现层面的区别是：

• ArrayList 是用一个可扩容的数组来实现的 (re-sizing array)；
• LinkedList 是用 doubly-linked list 来实现的。

而数组和链表之间最大的区别就是数组是可以随机访问的（random access）。

这个特点造成了在数组里可以通过下标用 O(1) 的时间拿到任何位置的数，而链表则做不到，只能从头开始逐个遍历。

两者在增删改查操作上的区别：

• 在「改查」这两个功能上，因为数组能够随机访问，所以 ArrayList 的效率高；
• 在「增删」这两个功能上，如果不考虑找到这个元素的时间，数组因为物理上的连续性，当要增删元素时，在尾部还好，但是其他地方就会导致后续元素都要移动，所以效率较低；而链表则可以轻松的断开和下一个元素的连接，直接插入新元素或者移除旧元素。

但是呢，实际上你不能不考虑找到元素的时间啊。。。虽然 LinkedList 可以 O(1) 的时间插入和删除元素，可以你得先找到地方啊！

不是有个例子么，修理这个零件只需要 1 美元，但是找到这个零件需要 9999 美元。我们平时修 bug 也是如此，重点是找到 root cause 的过程。

而且如果是在尾部操作，数据量大时 ArrayList 会更快的。

事实上，LinkedList 是很多性能问题的 bug，那么为什么呢？

因为 ListNode 在物理内存里的不连续，导致它用了很多小的内存片段，这会影响很多进程的性能以及 cache-locality（局部性）；所以即便是理论上的时间复杂度和 ArrayList 一样时，也会导致实际上比 ArrayList 慢很多。

2. ArrayList vs Vector

答：

1. Vector 是线程安全的，而 ArrayList 是线程不安全的；

2. 扩容时扩多少的区别，文邹邹的说法就是 data growth methods不同，

   • Vector 默认是扩大至 2 倍；
   • ArrayList 默认是扩大至 1.5 倍。

回顾下这张图，

Vector 和 ArrayList 一样，也是继承自 java.util.AbstractList，底层也是用数组来实现的。

但是现在已经被弃用了，因为它是线程安全的。任何好处都是有代价的，线程安全的代价就是效率低，在某些系统里很容易成为瓶颈，所以现在大家不再在数据结构的层面加 synchronized，而是把这个任务转移给我们程序员。

那怎么知道扩容扩多少的呢？

看源码：

这是 Vecotr 的扩容实现，因为通常并不定义 capacityIncrement，所以默认情况下它是扩容两倍。

VS

这是 ArrayList 的扩容实现，算术右移操作是把这个数的二进制往右移动一位，最左边补符号位，但是因为容量没有负数，所以还是补 0.

那右移一位的效果就是除以 2，那么定义的新容量就是原容量的 1.5 倍。

3. ArrayDeque vs LinkedList

首先要清楚它们之间的关系：

答：

1. ArrayDeque 是一个可扩容的数组，LinkedList 是链表结构；
2. ArrayDeque 里不可以存 null 值，但是 LinkedList 可以；
3. ArrayDeque 在操作头尾端的增删操作时更高效，但是 LinkedList 只有在当要移除中间某个元素且已经找到了这个元素后的移除才是 O(1) 的；
4. ArrayDeque 在内存使用方面更高效。
5. 所以，只要不是必须要存 null 值，就选择 ArrayDeque 吧！

那如果是一个很资深的面试官问你，什么情况下你要选择用 LinkedList 呢？

答：Java 6 以前。因为 ArrayDeque 在 Java 6 之后才有的。
为了版本兼容的问题，实际工作中我们不得不做一些妥协。

4. HashSet 实现原理

答：

HashSet 是基于 HashMap 来实现的，底层采用 Hashmap 的 key 来储存元素，主要特点是无序的，基本操作都是 O(1) 的时间复杂度，很快。
所以它的实现原理可以用 HashMap 的来解释。

5. HashMap 实现原理

答：

• 在 JDK1.6/1.7，数组 + 链表；
• 在 JDK 1.8，数组 + 红黑树。

具体说来，

对于 HashMap 中的每个 key，首先通过 hash function 计算出一个哈希值，这个哈希值就代表了在桶里的编号，而“桶”实际上是通过数组来实现的，但是桶有可能比数组大呀，所以把这个哈希值模上数组的长度得到它在数组的 index，就这样把它放在了数组里。

这是理想情况下的 HashMap，但现实中，不同的元素可能会算出相同的哈希值，这就是哈希碰撞，即多个 key 对应了同一个桶。

为了解决哈希碰撞呢，Java 采用的是 Separate chaining 的解决方式，就是在碰撞的地方加个链子，也就是上文说的链表或者红黑树。

具体的 put() 和 get()这两个重要 API 的操作过程和原理，大家可以在公众号后台回复「HashMap」获取文章阅读。

6. HashMap vs HashTable

答：

1. Hashtable 是线程安全的，HashMap 并非线程安全；
2. HashMap 允许 key 中有 null 值，Hashtable 是不允许的。这样的好处就是可以给一个默认值。

其实 HashMap 与 Hashtable 的关系，就像 ArrayList 与 Vector，以及 StringBuilder 与 StringBuffer。

Hashtable 是早期 JDK 提供的接口，HashMap 是新版的。这些新版的改进都是因为 Java 5.0 之后允许数据结构不考虑线程安全的问题，因为实际工作中我们发现没有必要在数据结构的层面上上锁，加锁和放锁在系统中是有开销的，内部锁有时候会成为程序的瓶颈。

所以 HashMap, ArrayList, StringBuilder 不再考虑线程安全的问题，性能提升了很多。

7. 为什么改 equals() 一定要改 hashCode()？

答：

首先基于一个假设：任何两个 object 的 hashCode 都是不同的。也就是 hash function 是有效的。

那么在这个条件下，有两个 object 是相等的，那如果不重写 hashCode()，算出来的哈希值都不一样，就会去到不同的 buckets 了，就迷失在茫茫人海中了，再也无法相认，就和 equals() 条件矛盾了，证毕。

1. hashCode() 决定了 key 放在这个桶里的编号，也就是在数组里的 index；
2. equals() 是用来比较两个 object 是否相同的。

8. 如何解决哈希冲突？

一般来说哈希冲突有两大类解决方式：

• Separate chaining
• Open addressing

Java 中采用的是第一种 Separate chaining，即在发生碰撞的那个桶后面再加一条“链”来存储。

那么这个“链”使用的具体是什么数据结构，不同的版本稍有不同，上文也提到过了：

• JDK1.6 和 1.7 是用链表存储的，这样如果碰撞很多的话，就变成了在链表上的查找，worst case 就是 O(n)；
• JDK 1.8 进行了优化，当链表长度较大时（超过 8），会采用红黑树来存储，这样大大提高了查找效率。

（话说，这个还真的喜欢考，已经在多次面试中被问过了，还有面试官问为什么是超过“8”才用红黑树