Java集合面试经典50问

Posted 2021-05-26 <一蓑烟雨任平生>

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java集合面试经典50问相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

（1）Arraylist与LinkedList区别

可以从它们的底层数据结构、效率、开销进行阐述

ArrayList是数组的数据结构，LinkedList是链表的数据结构。
随机访问的时候，ArrayList的效率比较高，因为LinkedList要移动指针，而ArrayList是基于索引(index)的数据结构，可以直接映射到。
插入、删除数据时，LinkedList的效率比较高，因为ArrayList要移动数据。
LinkedList比ArrayList开销更大，因为LinkedList的节点除了存储数据，还需要存储引用。

（2）Collections.sort和Arrays.sort的实现原理

Collection.sort是对list进行排序，Arrays.sort是对数组进行排序。

Collections.sort底层实现
Collections.sort方法调用了list.sort方法
在这里插入图片描述
list.sort方法调用了Arrays.sort的方法

因此，Collections.sort方法底层就是调用的Array.sort方法

Arrays.sort底层实现
Arrays的sort方法，如下：
在这里插入图片描述
如果比较器为null，进入sort（a）方法。如下：

因此，Arrays的sort方法底层就是：

legacyMergeSort(a)，归并排序
ComparableTimSort.sort()：即Timsort排序。

Timesort排序
Timsort排序是结合了合并排序（merge.sort）和插入排序（insertion sort）而得出的排序方法；

1.当数组长度小于某个值，采用的是二分插入排序算法，如下：
在这里插入图片描述
2.找到各个run，并入栈。

3.按规则合并run。

在这里插入图片描述

（3）HashMap原理，java8做了什么改变

HashMap是以键值对存储数据的集合容器
HashMap是非线性安全的。
HashMap底层数据结构：数组+(链表、红黑树)，jdk8之前是用数组+链表的方式实现，jdk8引进了红黑树
HashMap数组的默认初始长度是16，key和value都允许null的存在
HashMap的内部实现数组是Node[]数组，上面存放的是key-value键值对的节点。HashMap通过put和get方法存储和获取。
HashMap的put方法，首先计算key的hashcode值，定位到对应的数组索引，然后再在该索引的单向链表上进行循环遍历，用equals比较key是否存在，如果存在则用新的value覆盖原值，如果没有则向后追加。
jdk8中put方法：先判断HashMap是否为空，为空就扩容，不为空计算出key的hash值i，然后看table[i]是否为空，为空就直接插入，不为空判断当前位置的key和table[i]是否相同，相同就覆盖，不相同就查看table[i]是否是红黑树节点，如果是的话就用红黑树直接插入键值对，如果不是开始遍历链表插入，如果遇到重复值就覆盖，否则直接插入，如果链表长度大于8，转为红黑树结构，执行完成后看size是否大于阈值threshold，大于就扩容，否则直接结束。
HashMap解决hash冲突，使用的是链地址法，即数组+链表的形式来解决。put执行首先判断table[i]位置，如果为空就直接插入，不为空判断和当前值是否相等，相等就覆盖，如果不相等的话，判断是否是红黑树节点，如果不是，就从table[i]位置开始遍历链表，相等覆盖，不相等插入。
HashMap的get方法就是计算出要获取元素的hash值，去对应位置获取即可。
HashMap的扩容机制，HashMap的扩容中主要进行两步，第一步把数组长度变为原来的两倍，第二步把旧数组的元素重新计算hash插入到新数组中，jdk8时，不用重新计算hash，只用看看原来的hash值新增的一位是零还是1，如果是1这个元素在新数组中的位置，是原数组的位置加原数组长度，如果是零就插入到原数组中。扩容过程第二步一个非常重要的方法是transfer方法，采用头插法，把旧数组的元素插入到新数组中。
HashMap大小为什么是2的幂次方？效率高+空间分布均匀

（4）List 和 Set，Map 的区别

List 以索引来存取元素，有序的，元素是允许重复的，可以插入多个null。
Set 不能存放重复元素，无序的，只允许一个null
Map 保存键值对映射，映射关系可以一对一、多对一
List 有基于数组、链表实现两种方式
Set、Map 容器有基于哈希存储和红黑树两种方式实现
Set 基于 Map 实现，Set 里的元素值就是 Map的键值

（5）poll()方法和 remove()方法的区别？

Queue队列中，poll() 和 remove() 都是从队列中取出一个元素，在队列元素为空的情况下，remove() 方法会抛出异常，poll() 方法只会返回 null 。

/**
     * Retrieves and removes the head of this queue.  This method differs
     * from {@link #poll poll} only in that it throws an exception if this
     * queue is empty.
     *
     * @return the head of this queue
     * @throws NoSuchElementException if this queue is empty
     */
    E remove();
    
        /**
     * Retrieves and removes the head of this queue,
     * or returns {@code null} if this queue is empty.
     *
     * @return the head of this queue, or {@code null} if this queue is empty
     */
    E poll();

（6）HashMap，HashTable，ConcurrentHash的共同点和区别

HashMap

底层由链表+数组+红黑树实现
可以存储null键和null值
线性不安全
初始容量为16，扩容每次都是2的n次幂
加载因子为0.75，当Map中元素总数超过Entry数组的0.75，触发扩容操作.
并发情况下，HashMap进行put操作会引起死循环，导致CPU利用率接近100%
HashMap是对Map接口的实现

HashTable

HashTable的底层也是由链表+数组+红黑树实现。
无论key还是value都不能为null
它是线性安全的，使用了synchronized关键字。
HashTable实现了Map接口和Dictionary抽象类
Hashtable初始容量为11

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap的底层是数组+链表+红黑树
不能存储null键和值
ConcurrentHashMap是线程安全的
ConcurrentHashMap使用锁分段技术确保线性安全
JDK8为何又放弃分段锁，是因为多个分段锁浪费内存空间，竞争同一个锁的概率非常小，分段锁反而会造成效率低。

（7）写一段代码在遍历 ArrayList 时移除一个元素

安全删除元素：

使用普通for循环可以删除不相同元素
可以使用迭代器删除元素
使用jdk8推出的新接口removeIf接口

不安全删除元素：

使用普通for循环删除相同元素会删除不干净
使用增强for循环删除元素会抛出并发修改异常

（8）Java中怎么打印数组？

数组是不能直接打印的，如下：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        String[] jayArray = {"jay", "boy"};
        System.out.println(jayArray);
    }
}
//output
[Ljava.lang.String;@1540e19d

打印数组可以用流的方式Strem.of().foreach()，如下:

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        String[] jayArray = {"jay", "boy"};
        Stream.of(jayArray).forEach(System.out::println);
    }
}
//output
jay
boy

打印数组，最优雅的方式可以用这个APi,Arrays.toString()

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        String[] jayArray = {"jay", "boy"};
        System.out.println(Arrays.toString(jayArray));
    }
}
//output
[jay, boy]

（9）TreeMap底层？

TreeMap实现了SotredMap接口，它是有序的集合。
TreeMap底层数据结构是一个红黑树，每个key-value都作为一个红黑树的节点。
如果在调用TreeMap的构造函数时没有指定比较器，则根据key执行自然排序。

在这里插入图片描述

（10）HashMap 的扩容过程

Hashmap的扩容：

第一步把数组长度变为原来的两倍
第二步把旧数组的元素重新计算hash插入到新数组中。
jdk8时，不用重新计算hash，只用看看原来的hash值新增的一位是零还是1，如果是1这个元素在新数组中的位置，是原数组的位置加原数组长度，如果是零就插入到原数组中。扩容过程第二步一个非常重要的方法是transfer方法，采用头插法，把旧数组的元素插入到新数组中。

（11）HashSet是如何保证不重复的

可以看一下HashSet的add方法，元素E作为HashMap的key，我们都知道HashMap是不允许重复的

public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}

（12）HashMap 是线程安全的吗，为什么不是线程安全的？死循环问题？

不是线性安全的。
并发的情况下，扩容可能导致死循环问题。

（13）LinkedHashMap的应用，底层，原理

LinkedHashMap维护着一个运行于所有条目的双重链接列表。此链接列表定义了迭代顺序，该迭代顺序可以是插入顺序（insert-order）或者是访问顺序，其中默认的迭代访问顺序就是插入顺序，即可以按插入的顺序遍历元素，这点和HashMap有很大的不同。
LRU算法可以用LinkedHashMap实现。

（14）哪些集合类是线程安全的？哪些不安全？

线性安全的

Vector：比Arraylist多了个同步化机制。
Hashtable：比Hashmap多了个线程安全。
ConcurrentHashMap:是一种高效但是线程安全的集合。
Stack：栈，也是线程安全的，继承于Vector。

线性不安全的

Hashmap
Arraylist
LinkedList
HashSet
TreeSet
TreeMap

（15）ArrayList 和 Vector 的区别是什么？

Vector是线程安全的，ArrayList不是线程安全的。
ArrayList在底层数组不够用时在原来的基础上扩展0.5倍，Vector是扩展1倍。
Vector只要是关键性的操作，方法前面都加了synchronized关键字，来保证线程的安全性。

（16）Collection与Collections的区别是什么？

Collection是Java集合框架中的基本接口，如List接口也是继承于它

public interface List<E> extends Collection<E> {

Collections是Java集合框架提供的一个工具类，其中包含了大量用于操作或返回集合的静态方法。如下

public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list) {
    list.sort(null);
}

（17）如何决定使用 HashMap 还是TreeMap？

这个点，主要考察HashMap和TreeMap的区别。
TreeMap实现SortMap接口，能够把它保存的记录根据键排序，默认是按key的升序排序，也可以指定排序的比较器。当用Iterator遍历TreeMap时，得到的记录是排过序的。

对于在 Map 中插入、删除、定位一个元素这类操作，选HashMap
要对一个 key 集合进行有序的遍历，选TreeMap

（18）如何实现数组和 List之间的转换？

List 转 Array
List 转Array，必须使用集合的 toArray(T[] array)，如下：

List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("jay");
list.add("tianluo");

// 使用泛型，无需显式类型转换
String[] array = list.toArray(new String[list.size()]);
System.out.println(array[0]);

如果直接使用 toArray 无参方法，返回值只能是 Object[] 类，强转其他类型可能有问题，demo如下：

List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("jay");
list.add("tianluo");

String[] array = (String[]) list.toArray();
System.out.println(array[0]);

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: [Ljava.lang.Object; cannot be cast to [Ljava.lang.String;
	at Test.main(Test.java:14)

Array 转List
使用Arrays.asList() 把数组转换成集合时，不能使用修改集合相关的方法，如下：

String[] str = new String[] { "jay", "tianluo" };
List list = Arrays.asList(str);
list.add("boy");

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
	at java.util.AbstractList.add(AbstractList.java:148)
	at java.util.AbstractList.add(AbstractList.java:108)
	at Test.main(Test.java:13)

因为 Arrays.asList不是返回java.util.ArrayList,而是一个内部类ArrayList。
在这里插入图片描述
可以这样使用弥补这个缺点：

//方式一：
ArrayList< String> arrayList = new ArrayList<String>(strArray.length);
Collections.addAll(arrayList, strArray);
//方式二：
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(Arrays.asList(strArray)) ;

（19）迭代器 Iterator 是什么？怎么用，有什么特点？

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {

Iterator<E> iterator();

方法如下：

next() 方法获得集合中的下一个元素
hasNext() 检查集合中是否还有元素
remove() 方法将迭代器新返回的元素删除
forEachRemaining(Consumer<? super E> action) 方法，遍历所有元素

Iterator 主要是用来遍历集合用的，它的特点是更加安全，因为它可以确保，在当前遍历的集合元素被更改的时候，就会抛出 ConcurrentModificationException 异常。
使用demo如下：

List<String> list = new ArrayList<>();
Iterator<String> it = list. iterator();
while(it. hasNext()){
  String obj = it. next();
  System. out. println(obj);
}

（20）Iterator 和 ListIterator 有什么区别？

在这里插入图片描述

ListIterator 比 Iterator有更多的方法。
ListIterator只能用于遍历List及其子类，Iterator可用来遍历所有集合，
ListIterator遍历可以是逆向的，因为有previous()和hasPrevious()方法，而Iterator不可以。
ListIterator有add()方法，可以向List添加对象，而Iterator却不能。
ListIterator可以定位当前的索引位置，因为有nextIndex()和previousIndex()方法，而Iterator不可以。
ListIterator可以实现对象的修改，set()方法可以实现。Iierator仅能遍历，不能修改。

（21）怎么确保一个集合不能被修改？

unmodifiableMap
unmodifiableList
unmodifiableSet

再看一下demo吧

public class Test {

    private static  Map<Integer, String> map = new HashMap<Integer, String>();
    {
        map.put(1, "jay");
        map.put(2, "tianluo");

    }

    public static void main(String[] args) {
        map = Collections.unmodifiableMap(map);
        map.put(1, "boy");
        System.out.println(map.get(1));
    }
}

运行结果：

// 可以发现，unmodifiableMap确保集合不能修改啦，抛异常了
Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
	at java.util.Collections$UnmodifiableMap.put(Collections.java:1457)
	at Test.main(Test.java:14)

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

快速失败
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了修改（增加、删除、修改），则会抛出Concurrent Modification Exception。

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);

        Iterator iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
            list.add(3);
            System.out.println(list.size());
        }

    }
}

运行结果：

1
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
3
	at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
	at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
	at Test.main(Test.java:12)

安全失败
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。

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);

        Iterator iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
            list.add(3);
            System.out.println("list size:"+list.size());
        }

    }
}

运行结果：

1
list size:3
2
list size:4

其实，在java.util.concurrent 并发包的集合，如 ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList等，默认为都是安全失败的。

（23）什么是Java优先级队列(Priority Queue)？

优先队列PriorityQueue是Queue接口的实现，可以对其中元素进行排序

优先队列中元素默认排列顺序是升序排列
但对于自己定义的类来说，需要自己定义比较器

public class PriorityQueue<E> extends AbstractQueue<E>
    implements java.io.Serializable {
    ...
     private final Comparator<? super E> comparator;

方法：

peek()//返回队首元素
poll()//返回队首元素，队首元素出队列
add()//添加元素
size()//返回队列元素个数
isEmpty()//判断队列是否为空，为空返回true,不空返回false

特点：

基于优先级堆
不允许null值
线程不安全
出入队时间复杂度O(log(n))
调用remove()返回堆内最小值

（24）JAVA8的ConcurrentHashMap为什么放弃了分段锁，有什么问题吗，如果你来设计，你如何设计。

jdk8 放弃了分段锁而是用了Node锁，减低锁的粒度，提高性能，并使用CAS操作来确保Node的一些操作的原子性，取代了锁。

（25）阻塞队列的实现，ArrayBlockingQueue的底层实现？

ArrayBlockingQueue是数组实现的线程安全的有界的阻塞队列，继承自AbstractBlockingQueue,间接的实现了Queue接口和Collection接口。底层以数组的形式保存数据(实际上可看作一个循环数组)。常用的操作包括 add ,offer,put，remove,poll,take,peek。
在这里插入图片描述

（26）Java 中的 LinkedList是单向链表还是双向链表？

是双向链表，看源码

private static class Node<E> {
    E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;

    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

（27）说一说ArrayList 的扩容机制吧

ArrayList扩容的本质就是计算出新的扩容数组的size后实例化，并将原有数组内容复制到新数组中去。

public boolean add(E e) {
     //扩容
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
    }
private void ensureCapacityInternal(int minCapacit以上是关于Java集合面试经典50问的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 
 50道Java集合经典面试题（收藏版）
 50道Java集合经典面试题（收藏版）
 Java经典入门教程！java集合框架面试
 JAVA·面试题面试官这么问你回答的上来吗？
 09 经典面试题深度解析
 #yyds干货盘点#Java面试经典100问

Java集合面试经典50问

目录

（1）Arraylist与LinkedList区别

（2）Collections.sort和Arrays.sort的实现原理

（3）HashMap原理，java8做了什么改变

（4）List 和 Set，Map 的区别

（5）poll()方法和 remove()方法的区别？

（6）HashMap，HashTable，ConcurrentHash的共同点和区别

（7）写一段代码在遍历 ArrayList 时移除一个元素

（8）Java中怎么打印数组？

（9）TreeMap底层？

（10）HashMap 的扩容过程

（11）HashSet是如何保证不重复的

（12）HashMap 是线程安全的吗，为什么不是线程安全的？死循环问题？

（13）LinkedHashMap的应用，底层，原理

（14）哪些集合类是线程安全的？哪些不安全？

（15）ArrayList 和 Vector 的区别是什么？

（16）Collection与Collections的区别是什么？

（17）如何决定使用 HashMap 还是TreeMap？

（18）如何实现数组和 List之间的转换？

（19）迭代器 Iterator 是什么？怎么用，有什么特点？

（20）Iterator 和 ListIterator 有什么区别？

（21）怎么确保一个集合不能被修改？

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

（23）什么是Java优先级队列(Priority Queue)？

（24）JAVA8的ConcurrentHashMap为什么放弃了分段锁，有什么问题吗，如果你来设计，你如何设计。

（25）阻塞队列的实现，ArrayBlockingQueue的底层实现？

（26）Java 中的 LinkedList是单向链表还是双向链表？

（27）说一说ArrayList 的扩容机制吧