Java集合框架常见面试题

Posted 2023-06-18 十一vs十一

剖析⾯试最常⻅问题之 Java 集合框架

集合概述

Java 集合概览

从下图可以看出，在 Java 中除了以 Map 结尾的类之外， 其他类都实现了 Collection 接⼝。

并且，以 Map 结尾的类都实现了 Map 接⼝。

说说 List,Set,Map 三者的区别？

List (对付顺序的好帮⼿)： 存储的元素是有序的、可重复的。

Set (注重独⼀⽆⼆的性质): 存储的元素是⽆序的、不可重复的。

Map (⽤ Key 来搜索的专家): 使⽤键值对（kye-value）存储，类似于数学上的函数 y=f(x)，

“x”代表 key，"y"代表 value，Key 是⽆序的、不可重复的，value 是⽆序的、可重复的，每个

键最多映射到⼀个值。

集合框架底层数据结构总结

先来看⼀下 Collection 接⼝下⾯的集合。

List

Arraylist ： Object[] 数组

Vector ： Object[] 数组

LinkedList ： 双向链表(JDK1.6 之前为循环链表，JDK1.7 取消了循环)Set

HashSet （⽆序，唯⼀）: 基于 HashMap 实现的，底层采⽤ HashMap 来保存元素

LinkedHashSet ： LinkedHashSet 是 HashSet 的⼦类，并且其内部是通过

LinkedHashMap 来实现的。有点类似于我们之前说的 LinkedHashMap 其内部是基于

HashMap 实现⼀样，不过还是有⼀点点区别的

TreeSet （有序，唯⼀）： 红⿊树(⾃平衡的排序⼆叉树)

再来看看 Map 接⼝下⾯的集合。

Map

HashMap ： JDK1.8 之前 HashMap 由数组+链表组成的，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（

“拉链法”解决冲突）。JDK1.8 以后在解决哈希冲突时有了较⼤

的变化，当链表⻓度⼤于阈值（默认为 8）（将链表转换成红⿊树前会判断，如果当前数组的⻓

度⼩于 64，那么会选择先进⾏数组扩容，⽽不是转换为红⿊树）时，将链表转化为红⿊树，以

减少搜索时间

LinkedHashMap ： LinkedHashMap 继承⾃ HashMap ，所以它的底层仍然是基于拉链式散

列结构即由数组和链表或红⿊树组成。另外， LinkedHashMap 在上⾯结构的基础上，增加了

⼀条双向链表，使得上⾯的结构可以保持键值对的插⼊顺序。同时通过对链表进⾏相应的操作，

实现了访问顺序相关逻辑。详细可以查看：《LinkedHashMap 源码详细分析（JDK1.8）》

Hashtable ： 数组+链表组成的，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

TreeMap ： 红⿊树（⾃平衡的排序⼆叉树）

如何选⽤集合?

主要根据集合的特点来选⽤，⽐如我们需要根据键值获取到元素值时就选⽤ Map 接⼝下的集合，需

要排序时选择 TreeMap ,不需要排序时就选择 HashMap ,需要保证线程安全就选⽤

ConcurrentHashMap 。

当我们只需要存放元素值时，就选择实现 Collection 接⼝的集合，需要保证元素唯⼀时选择实现

Set 接⼝的集合⽐如 TreeSet 或 HashSet ，不需要就选择实现 List 接⼝的⽐如 ArrayList

或 LinkedList ，然后再根据实现这些接⼝的集合的特点来选⽤。

为什么要使⽤集合？

当我们需要保存⼀组类型相同的数据的时候，我们应该是⽤⼀个容器来保存，这个容器就是数组，但

是，使⽤数组存储对象具有⼀定的弊端， 因为我们在实际开发中，存储的数据的类型是多种多样的，

于是，就出现了“集合”，集合同样也是⽤来存储多个数据的。

数组的缺点是⼀旦声明之后，⻓度就不可变了；同时，声明数组时的数据类型也决定了该数组存储的数

据的类型；⽽且，数组存储的数据是有序的、可重复的，特点单⼀。 但是集合提⾼了数据存储的灵活

性，Java 集合不仅可以⽤来存储不同类型不同数量的对象，还可以保存具有映射关系的数据

Iterator 迭代器

迭代器 Iterator 是什么？Iterator 对象称为迭代器（设计模式的⼀种），迭代器可以对集合进⾏遍历，但每⼀个集合内部的

数据结构可能是不尽相同的，所以每⼀个集合存和取都很可能是不⼀样的，虽然我们可以⼈为地在每⼀

个类中定义 hasNext() 和 next() ⽅法，但这样做会让整个集合体系过于臃肿。于是就有了迭代

器。

迭代器是将这样的⽅法抽取出接⼝，然后在每个类的内部，定义⾃⼰迭代⽅式，这样做就规定了整个集

合体系的遍历⽅式都是 hasNext() 和 next() ⽅法，使⽤者不⽤管怎么实现的，会⽤即可。迭代器的

定义为：提供⼀种⽅法访问⼀个容器对象中各个元素，⽽⼜不需要暴露该对象的内部细节。

迭代器 Iterator 有啥⽤？

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。

如何使⽤？

我们通过使⽤迭代器来遍历 HashMap ，演示⼀下 迭代器 Iterator 的使⽤。

有哪些集合是线程不安全的？怎么解决呢？

我们常⽤的 Arraylist

, LinkedList , Hashmap , HashSet , TreeSet , TreeMap ， PriorityQueue 都不是线程安全的。

解决办法很简单，可以使⽤线程安全的集合来代替。

如果你要使⽤线程安全的集合的话， java.util.concurrent 包中提供了很多并发容器供你使⽤：

1. ConcurrentHashMap : 可以看作是线程安全的 HashMap

public interface Iterator<E>

//集合中是否还有元素

boolean hasNext();

//获得集合中的下⼀个元素

E next();

......

Map<Integer, String> map = new HashMap();

map.put(1, "Java");

map.put(2, "C++");

map.put(3, "PHP");

Iterator<Map.Entry<Integer, Stringef iterator =

map.entrySet().iterator();

while (iterator.hasNext())

Map.Entry<Integer, String> entry = iterator.next();

System.out.println(entry.getKey() + entry.getValue());

2. CopyOnWriteArrayList :可以看作是线程安全的 ArrayList ，在读多写少的场合性能⾮常

好，远远好于 Vector .

3. ConcurrentLinkedQueue :⾼效的并发队列，使⽤链表实现。可以看做⼀个线程安全的

LinkedList ，这是⼀个⾮阻塞队列。

4. BlockingQueue : 这是⼀个接⼝，JDK 内部通过链表、数组等⽅式实现了这个接⼝。表示阻塞

队列，⾮常适合⽤于作为数据共享的通道。

5. ConcurrentSkipListMap :跳表的实现。这是⼀个 Map ，使⽤跳表的数据结构进⾏快速查

找。

Collection ⼦接⼝之 List

Arraylist 和 Vector 的区别?

1. ArrayList 是 List 的主要实现类，底层使⽤ Object[ ]存储，适⽤于频繁的查找⼯作，线程不

安全 ；

2. Vector 是 List 的古⽼实现类，底层使⽤ Object[ ]存储，线程安全的。

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。 ② LinkedList 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）。

补充内容: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。

另外推荐⼀篇把双向链表讲清楚的⽂章：https://juejin.im/post/5b5d1a9af265da0f47352f14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。

补充内容:RandomAccess 接⼝

查看源码我们发现实际上 RandomAccess 接⼝中什么都没有定义。所以，在我看来

RandomAccess 接⼝不过是⼀个标识罢了。标识什么？ 标识实现这个接⼝的类具有随机访问功能。

在 binarySearch（

) ⽅法中，它要判断传⼊的 list 是否 RamdomAccess 的实例，如果是，调

⽤ indexedBinarySearch() ⽅法，如果不是，那么调⽤ iteratorBinarySearch() ⽅法

public interface RandomAccess

ArrayList 实现了 RandomAccess 接⼝， ⽽ LinkedList 没有实现。为什么呢？我觉得还是

和底层数据结构有关！ ArrayList 底层是数组，⽽ LinkedList 底层是链表。数组天然⽀持随机

访问，时间复杂度为 O(1)，所以称为快速随机访问。链表需要遍历到特定位置才能访问特定位置的元

素，时间复杂度为 O(n)，所以不⽀持快速随机访问。， ArrayList 实现了 RandomAccess 接⼝，

就表明了他具有快速随机访问功能。 RandomAccess 接⼝只是标识，并不是说 ArrayList 实现

RandomAccess 接⼝才具有快速随机访问功能的！

说⼀说 ArrayList 的扩容机制吧

详⻅笔主的这篇⽂章:通过源码⼀步⼀步分析 ArrayList 扩容机制

Collection ⼦接⼝之 Set

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

public static <T>

int binarySearch(List<? extends Comparable<? super Tef list, T key)

if (list instanceof RandomAccess || list.size()

<BINARYSEARCH_THRESHOLD)

return Collections.indexedBinarySearch(list, key);

else

return Collections.iteratorBinarySearch(list, key);

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);Output:

重写 compareTo ⽅法实现按年龄来排序

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]

// 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;

/**

* T重写compareTo⽅法实现按年龄来排序

*/

@Override

public int compareTo(Person o)

if (this.age > o.getAge())

return 1;

if (this.age < o.getAge())

return -1;

return 0;

Output：

⽆序性和不可重复性的含义是什么

1、什么是⽆序性？⽆序性不等于随机性 ，⽆序性是指存储的数据在底层数组中并⾮按照数组索引的顺

序添加 ，⽽是根据数据的哈希值决定的。

2、什么是不可重复性？不可重复性是指添加的元素按照 equals()判断时 ，返回 false，需要同时重

写 equals()⽅法和 HashCode()⽅法。

⽐较 HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet 三者的异同

HashSet 是 Set 接⼝的主要实现类 ，HashSet 的底层是 HashMap，线程不安全的，可以存储 null

值；

LinkedHashSet 是 HashSet 的⼦类，能够按照添加的顺序遍历；

TreeSet 底层使⽤红⿊树，能够按照添加元素的顺序进⾏遍历，排序的⽅式有⾃然排序和定制排序。

Map 接⼝

HashMap 和 Hashtable 的区别

1. 线程是否安全： HashMap 是⾮线程安全的，HashTable 是线程安全的,因为 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！）；

2. 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；

3. 对 Null key 和 Null value 的⽀持： HashMap 可以存储 null 的 key 和 value，但 null 作

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-张三为键只能有⼀个，null 作为值可以有多个；HashTable 不允许有 null 键和 null 值，否则会

抛出 NullPointerException。

4. 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，下⾯给出了源代码）。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。

5. 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，当链表⻓度⼤于

阈值（默认为 8）（将链表转换成红⿊树前会判断，如果当前数组的⻓度⼩于 64，那么会选择

先进⾏数组扩容，⽽不是转换为红⿊树）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 中带有初始容量的构造函数：

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)

if (initialCapacity < 0)

throw new IllegalArgumentException("Illegal initial

capacity: " +

initialCapacity);

if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)

initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;

if (loadFactor z 0 || Float.isNaN(loadFactor))

throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +

loadFactor);

this.loadFactor = loadFactor;

this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);

public HashMap(int initialCapacity)

this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);

下⾯这个⽅法保证了 HashMap 总是使⽤ 2 的幂作为哈希表的⼤⼩。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，

HashMap 和 HashSet 区别

如果你看过 HashSet 源码的话就应该知道：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 和 TreeMap 区别

TreeMap 和 HashMap 都继承⾃ AbstractMap ，但是需要注意的是 TreeMap 它还实现了

NavigableMap 接⼝和 SortedMap 接⼝。

/**

* Returns a power of two size for the given target capacity.

*/

static final int tableSizeFor(int cap)

int n = cap - 1;

n |= n e>f 1;

n |= n e>f 2;

n |= n e>f 4;

n |= n e>f 8;

n |= n e>f 16;

return (n < 0) ? 1 : (n | MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY

: n + 1;

实现 NavigableMap 接⼝让 TreeMap 有了对集合内元素的搜索的能⼒。

实现 SortMap 接⼝让 TreeMap 有了对集合中的元素根据键排序的能⼒。默认是按 key 的升序排

序，不过我们也可以指定排序的⽐较器。示例代码如下：

/**

* @author shuang.kou

* @createTime 2020年06⽉15⽇ 17:02:00

*/

public class Person

private Integer age;

public Person(Integer age)

this.age = age;

public Integer getAge()

return age;

public static void main(String[] args)

TreeMap<Person, String> treeMap = new TreeMap<>(new

Comparator<Person>()

@Override

public int compare(Person person1, Person person2)

int num = person1.getAge() - person2.getAge();

return Integer.compare(num, 0);

);

treeMap.put(new Person(3), "person1");

treeMap.put(new Person(18), "person2");

treeMap.put(new Person(35), "person3");输出:

可以看出， TreeMap 中的元素已经是按照 Person 的 age 字段的升序来排列了。

上⾯，我们是通过传⼊匿名内部类的⽅式实现的，你可以将代码替换成 Lambda 表达式实现的⽅式：

综上，相⽐于 HashMap 来说 TreeMap 主要多了对集合中的元素根据键排序的能⼒以及对集合内元素

的搜索的能⼒。

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。（摘⾃我的 Java 启蒙书

《Head fist java》第⼆版）

hashCode()与 equals()的相关规定：

1. 如果两个对象相等，则 hashcode ⼀定也是相同的

2. 两个对象相等,对两个 equals ⽅法返回 true

3. 两个对象有相同的 hashcode 值，它们也不⼀定是相等的

4. 综上，equals ⽅法被覆盖过，则 hashCode ⽅法也必须被覆盖

5. 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）。

FG与 equals 的区别

对于基本类型来说，~ ⽐较的是值是否相等；

对于引⽤类型来说，~ ⽐较的是两个引⽤是否指向同⼀个对象地址（两者在内存中存放的地址（堆内

存地址）是否指向同⼀个地⽅）；

treeMap.put(new Person(16), "person4");

treeMap.entrySet().stream().forEach(personStringEntry >

System.out.println(personStringEntry.getValue());

);

person1

person4

person2

person3

TreeMap<Person, String> treeMap = new TreeMap<>((person1, person2) >

int num = person1.getAge() - person2.getAge();

return Integer.compare(num, 0);

);对于引⽤类型（包括包装类型）来说，equals 如果没有被重写，对⽐它们的地址是否相等；如果

equals()⽅法被重写（例如 String），则⽐较的是地址⾥的内容。

HashMap 的底层实现

JDK1.8 之前

JDK1.8 之前 HashMap 底层是 数组和链表 结合在⼀起使⽤也就是 链表散列。HashMap 通过 key 的

hashCode 经过扰动函数处理过后得到 hash 值，然后通过 (n - 1) & hash 判断当前元素存放的位置

（这⾥的 n 指的是数组的⻓度），如果当前位置存在元素的话，就判断该元素与要存⼊的元素的 hash

值以及 key 是否相同，如果相同的话，直接覆盖，不相同就通过拉链法解决冲突。

所谓扰动函数指的就是 HashMap 的 hash ⽅法。使⽤ hash ⽅法也就是扰动函数是为了防⽌⼀些实现

⽐较差的 hashCode() ⽅法 换句话说使⽤扰动函数之后可以减少碰撞。

JDK 1.8 HashMap 的 hash ⽅法源码:

JDK 1.8 的 hash ⽅法 相⽐于 JDK 1.7 hash ⽅法更加简化，但是原理不变。

对⽐⼀下 JDK1.7 的 HashMap 的 hash ⽅法源码.

相⽐于 JDK1.8 的 hash ⽅法 ，JDK 1.7 的 hash ⽅法的性能会稍差⼀点点，因为毕竟扰动了 4 次。

所谓 “拉链法” 就是：将链表和数组相结合。也就是说创建⼀个链表数组，数组中每⼀格就是⼀个链

表。若遇到哈希冲突，则将冲突的值加到链表中即可。

static final int hash(Object key)

int h;

// key.hashCode()：返回散列值也就是hashcode

// ^ ：按位异或

// e>fÅ⽆符号右移，忽略符号位，空位都以0补⻬

return (key ~ null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h e>f 16);

static int hash(int h)

// This function ensures that hashCodes that differ only by

// constant multiples at each bit position have a bounded

// number of collisions (approximately 8 at default load factor).

h ^= (h e>f 20) ^ (h e>f 12);

return h ^ (h e>f 7) ^ (h e>f 4);

JDK1.8 之后

相⽐于之前的版本， JDK1.8 之后在解决哈希冲突时有了较⼤的变化，当链表⻓度⼤于阈值（默认为

8）（将链表转换成红⿊树前会判断，如果当前数组的⻓度⼩于 64，那么会选择先进⾏数组扩容，⽽不

是转换为红⿊树）时，将链表转化为红⿊树，以减少搜索时间。TreeMap、TreeSet 以及 JDK1.8 之后的 HashMap 底层都⽤到了红⿊树。红⿊树就是为了解决⼆叉

查找树的缺陷，因为⼆叉查找树在某些情况下会退化成⼀个线性结构。

HashMap 的⻓度为什么是 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 亿⻓度的数组，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⻓度取模运算，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

数组⻓度）。这也就解释了 HashMap 的⻓度为什么是 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%lengthFGhash&(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 的⻓

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 。

详情请查看：https://coolshell.cn/articles/9606.html

HashMap 有哪⼏种常⻅的遍历⽅式?

HashMap 的 7 种遍历⽅式与性能分析！ConcurrentHashMap 和 Hashtable 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。

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；

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。

两者的对⽐图：

HashTable:

http://www.cnblogs.com/chengxiao/p/6842045.html>

JDK1.7 的 ConcurrentHashMap：http://www.cnblogs.com/chengxiao/p/6842045.html>

JDK1.8 的 ConcurrentHashMap：

JDK1.8 的 ConcurrentHashMap 不在是 Segment 数组 + HashEntry 数组 + 链表，⽽是 Node 数

组 + 链表 / 红⿊树。不过，Node 只能⽤于链表的情况，红⿊树的情况需要使⽤ TreeNode 。当冲突

链表达到⼀定⻓度时，链表会转换成红⿊树。

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，扮演锁的⻆⾊。HashEntry ⽤于存储

键值对数据。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 在链表⻓度超过⼀定阈值（

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。

Collections ⼯具类

Collections ⼯具类常⽤⽅法:

1. 排序

2. 查找,替换操作

3. 同步控制(不推荐，需要线程安全的集合类型时请考虑使⽤ JUC 包下的并发集合)

排序操作

查找,替换操作

static class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable

void reverse(List list)//反转

void shuffle(List list)//随机排序

void sort(List list)//按⾃然排序的升序排序

void sort(List list, Comparator c)//定制排序，由Comparator控制排序逻辑

void swap(List list, int i , int j)//交换两个索引位置的元素

void rotate(List list, int distance)//旋转。当distance为正数时，将list后

distance个元素整体移到前⾯。当distance为负数时，将 list的前distance个元

素整体移到后⾯同步控制

Collections 提供了多个 synchronizedXxx() ⽅法·，该⽅法可以将指定集合包装成线程同步的集

合，从⽽解决多线程并发访问集合时的线程安全问题。

我们知道 HashSet ， TreeSet ， ArrayList , LinkedList , HashMap , TreeMap 都是线程不安全

的。 Collections 提供了多个静态⽅法可以把他们包装成线程同步的集合。

最好不要⽤下⾯这些⽅法，效率⾮常低，需要线程安全的集合类型时请考虑使⽤ JUC 包下的并发集

合。

⽅法如下：

其他重要问题

什么是快速失败(fail-fast)？

快速失败(fail-fast) 是 Java 集合的⼀种错误检测机制。在使⽤迭代器对集合进⾏遍历的时候，我们

在多线程下操作⾮安全失败(fail-safe)的集合类可能就会触发 fail-fast 机制，导致抛出

ConcurrentModificationException 异常。 另外，在单线程下，如果在遍历过程中对集合对象

的内容进⾏了修改的话也会触发 fail-fast 机制。

注：增强 for 循环也是借助迭代器进⾏遍历。

int binarySearch(List list, Object key)//对List进⾏⼆分查找，返回索引，

注意List必须是有序的

int max(Collection coll)//根据元素的⾃然顺序，返回最⼤的元素。 类⽐int

min(Collection coll)

int max(Collection coll, Comparator c)//根据定制排序，返回最⼤元素，排序

规则由Comparatator类控制。类⽐int min(Collection coll, Comparator c)

void fill(List list, Object obj)//⽤指定的元素代替指定list中的所有元素。

int frequency(Collection c, Object o)//统计元素出现次数

int indexOfSubList(List list, List target)//统计target在list中第⼀次出现

的索引，找不到则返回-1，类⽐int lastIndexOfSubList(List source, list

target).

boolean replaceAll(List list, Object oldVal, Object newVal), ⽤新元素替

换旧元素

synchronizedCollection(Collection<T> c) //返回指定 collection ⽀持的同

步（线程安全的）collection。

synchronizedList(List<T> list)//返回指定列表⽀持的同步（线程安全的）

List。

synchronizedMap(Map<K,V> m) //返回由指定映射⽀持的同步（线程安全的）

Map。

synchronizedSet(Set<T> s) //返回指定 set ⽀持的同步（线程安全的）set。举个例⼦：多线程下，如果线程 1 正在对集合进⾏遍历，此时线程 2 对集合进⾏修改（增加、删除、

修改），或者线程 1 在遍历过程中对集合进⾏修改，都会导致线程 1 抛出

ConcurrentModificationException 异常。

为什么呢？

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。

如果我们在集合被遍历期间对其进⾏修改的话，就会改变 modCount 的值，进⽽导致 modCount Ö~

expectedModCount ，进⽽抛出 ConcurrentModificationException 异常。

注：通过 Iterator 的⽅法修改集合的话会修改到 expectedModCount 的值，所以不会抛出异

常。

final void checkForComodification()

if (modCount Ö~ expectedModCount)

throw new ConcurrentModificationException();

好吧！相信⼤家已经搞懂了快速失败(fail-fast)机制以及它的原理。

我们再来趁热打铁，看⼀个阿⾥巴巴⼿册相关的规定：

有了前⾯讲的基础，我们应该知道：使⽤ Iterator 提供的 remove ⽅法，可以修改到

expectedModCount 的值。所以，才不会再抛出 ConcurrentModificationException 异常。什么是安全失败(fail-safe)呢？

明⽩了快速失败(fail-fast)之后，安全失败(fail-safe)我们就很好理解了。

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

拷⻉的集合上进⾏遍历。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，故不会抛

ConcurrentModificationException 异常。

Arrays.asList()避坑指南

最近使⽤ Arrays.asList() 遇到了⼀些坑，然后在⽹上看到这篇⽂章：Java Array to List

Examples 感觉挺不错的，但是还不是特别全⾯。所以，⾃⼰对于这块⼩知识点进⾏了简单的总结。

简介

Arrays.asList() 在平时开发中还是⽐较常⻅的，我们可以使⽤它将⼀个数组转换为⼀个 List 集

合。

JDK 源码对于这个⽅法的说明：

《阿⾥巴巴 Java 开发⼿册》对其的描述

Arrays.asList() 将数组转换为集合后,底层其实还是数组，《阿⾥巴巴 Java 开发⼿册》对于这个

⽅法有如下描述：

String[] myArray = "Apple", "Banana", "Orange" ；

List<String> myList = Arrays.asList(myArray);

//上⾯两个语句等价于下⾯⼀条语句

List<String> myList = Arrays.asList("Apple","Banana", "Orange");

/**

*返回由指定数组⽀持的固定⼤⼩的列表。此⽅法作为基于数组和基于集合的API

之间的桥梁，与 Collection.toArray()结合使⽤。返回的List是可序

列化并实现RandomAccess接⼝。

*/

public static <T> List<T> asList(T... a)

return new ArrayList<>(a);

使⽤时的注意事项总结

传递的数组必须是对象数组，⽽不是基本类型。

Arrays.asList() 是泛型⽅法，传⼊的对象必须是对象数组。

当传⼊⼀个原⽣数据类型数组时， Arrays.asList() 的真正得到的参数就不是数组中的元素，⽽是

数组对象本身！此时 List 的唯⼀元素就是这个数组，这也就解释了上⾯的代码。

我们使⽤包装类型数组就可以解决这个问题。

使⽤集合的修改⽅法: add() 、 remove() 、 clear() 会抛出异常。

Arrays.asList() ⽅法返回的并不是 java.util.ArrayList ，⽽是 java.util.Arrays 的

⼀个内部类,这个内部类并没有实现集合的修改⽅法或者说并没有重写这些⽅法。

下图是 java.util.Arrays$ArrayList 的简易源码，我们可以看到这个类重写的⽅法有哪些。

int[] myArray = 1, 2, 3 ;

List myList = Arrays.asList(myArray);

System.out.println(myList.size());//1

System.out.println(myList.get(0));//数组地址值

System.out.println(myList.get(1));//报错：ArrayIndexOutOfBoundsException

int [] array=(int[]) myList.get(0);

System.out.println(array[0]);//1

Integer[] myArray = 1, 2, 3 ;

List myList = Arrays.asList(1, 2, 3);

myList.add(4);//运⾏时报错：UnsupportedOperationException

myList.remove(1);//运⾏时报错：UnsupportedOperationException

myList.clear();//运⾏时报错：UnsupportedOperationException

List myList = Arrays.asList(1, 2, 3);

System.out.println(myList.getClass());//class java.util.Arrays$ArrayList private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E>

implements RandomAccess, java.io.Serializable

...

@Override

public E get(int index)

...

@Override

public E set(int index, E element)

...

@Override

public int indexOf(Object o)

...

@Override

public boolean contains(Object o)

...

@Override

public void forEach(Consumer<? super E> action)

...

@Override

public void replaceAll(UnaryOperator<E> operator)

...

@Override

public void sort(Comparator<? super E> c)

...

我们再看⼀下 java.util.AbstractList 的 remove() ⽅法，这样我们就明⽩为啥会抛出

UnsupportedOperationException 。public E remove(int index)

throw new UnsupportedOperationException();