面试集合框架

Posted 2022-05-18 rain1203

参考：https://github.com/Snailclimb/JavaGuide/blob/master/docs/java/collection/Java集合框架常见面试题.md

 

1、ArrayList与LinkedList的区别？

1）是否线程安全：ArrayList和LinkedList都不是同步的，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；

3）插入和删除是否受元素位置的影响：

• 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会默认将元素追加到列表的末尾，这种情况的时间复杂度为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 位和第 i 个元素之后的(n-i) 个元素都要执行向后/向前 移一位的操作；
• LinkedList采用链表存储，所以插入、删除元素的时间复杂度不受元素位置的影响，都是近似O(1)，而数组为近似O(n)。

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 get(int index)）；

5）内存空间占用：ArrayList的空间浪费主要体现在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（直接前驱+直接后驱+数据）。

List遍历方式选择：

1）实现了RandomAccess接口的list，优先使用普通for循环，其次foreach；

2）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，千万不要使用普通的for循环。

补充：双向链表和双向循环链表

 

2、ArrayList与Vector区别？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的访问一个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的时候建议使用ArrayList。

 

3、ArrayList的扩容机制？

 

4.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；HashTable内部的方法基本都经过synchronized的修饰。（线程安全可以使用ConcurrentHashMap）；

2）效率：因为线程安全的问题，HashMap要比HashTable快；另外，HashTable基本被淘汰，代码中不要使用；

3）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，但可以有一个或多个键所对应的值为null。但在HashTable中put进的键值只要有一个null，直接抛出 NullPointException；

4）初始容量大小和每次扩容大小的不同：

• 创建时如果不指定容量初始值，HashTable的默认大小为11，之后每次扩容，容量变为原来的2n+1；HashMap默认的初始化大小为16，之后每次扩容，容量变为原来的2倍；
• 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，也就说HashMap总是使用2的幂作为Hash表的大小。

5）底层数据结构：JDK1.8以后的HashMap在解决Hash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，以减少搜素时间；HashTable没有这样的机制。

 

5.HashMap与HashSet的区别？

HashSet底层就是基于HashMap实现的。

1）HashMap实现了Map接口；HashSet实现了Set接口；

2）HashMap存储键值对，HashSet仅存储对象；

3）HashMap调用put()方法向Map中添加元素；HashSet调用set()方法向Set中添加元素‘

4）HashMap使用键（key）计算HashCode值；HashSet使用成员对象来计算HashCode的值，对于两个对象来说HashCode可能相同，所以equals()方法来判断对象的相等性。

 

6.HashMap的底层实现？

JDK1.8之前H是Map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经过扰动函数处理后得到hash值，然后通过(n-1)&hash 判断当前元素存放位置（n：数组长度），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。

所谓扰动函数就是HashMap的hash方法。使用hash方法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。

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，数组中每一个格就是一个链表。若遇到哈希冲突，则将冲突的值加入链表中即可。

JDK1.8之后，相较于之前的版本，JDK1.8之后在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（8）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。

 

7.HashMap多线程操作导致死循环问题？

参考：https://coolshell.cn/articles/9606.html

 

8.ConcurrentHashMap和HashTable的区别？

ConcurrntHashMap和HashTable的区别主要体现在 实现线程安全的方式上。

1）底层数据结构：JDK1.7的ConcurrentHashMap底层采用分段数组+链表实现，JDK1.8采用的数据结构跟HashMap1.8一样，数组+链表/红黑二叉树。HashTable采用的是数组+链表的形式，数组是HashMap的主体，链表则是为了解决Hash冲突而存在的；

2）实现线程安全的方式：

• 在JDK1.7的时候，ConcorrentHashMap（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，就不会存在所竞争，提高并发访问率。到JDK1.8的时候已经摒弃了Segment概念，而是直接使用node数组+链表+红黑树的数据结构来实现，并发控制使用syncheronized和CAS来操作。整个看起来就像是优化过且线程安全的HashMap；
• HashTable（同一把锁）：使用synchronized来保证线程安全，效率低下。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会越来越低。

 

9.集合框架底层数据结构总结：

Collection

1）List

• Array List：Object数组；
• Vector：Object数组；
• LinkedList：双向链表（JDK1.7之前是循环双向链表）；

2）Set

• HashSet（无序，唯一）：基于HashMap实现的，底层采用HashMap来保存元素；
• LinkedHashSet：LinkedHashSet继承自HashSet，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；
• TreeSet（有序，唯一）：红黑树；

3）Map

• HashMap：JDK1.8之前HashMap由数组+链表组成，数组是HashMap的主体，链表则是为了解决Hash冲突而存在的。JDK1.8之后在解决Hash冲突时有了较大的变化，当链表阈值大于8时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间；
• LinkedHashMap：LinkedHashMap继承自HashMap，所以它的底层与HashMap相同。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；
• HashTable：数组+链表组成，数组是hashMap的主体，链表则是为了解决哈希冲突而存在的；
• TreeMap：红黑树。

 

10.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元素值时就选用Map接口下的集合；需要排序时就选择TreeMap，不需要排序就选择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接口的集合，比如ArrayList或LinkedList。