【Java面试总结】Java集合

Rochester

发布于 2020-09-03 09:20:15

7020

发布于 2020-09-03 09:20:15

文章被收录于专栏：牛人NR牛人NR

Java 集合

1. 说说List、Set、Map三者的区别

List（对付顺序的好帮手）：List接口存储一组不唯一（可以有多个元素引用相同的对象），有序的对象
Set（注重独一无二的性质）：不允许重复的集合。不会有多个元素引用相同的对象
Map（用key来搜索的专家）：使用键值对存储。Map会维护与key有关联的值。两个key可以引用相同的对象，但key不能重复，典型的key是String类型，也可以是任意类型

2. ArrayList与LinkedList的区别

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；
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！）
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会默认将指定的元素追加到此列表的末尾，这种情况的时间复杂度就是 0(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 e)）时间复杂度就是 0(n - i)。因为在进行上述操作的时候，集合中第 i 个元素和第 n- i 个之后的元素都要向后/向前移一位。 ② . LinkedList采用链表存储，所以对于add(E e)方法的插入和删除的时间复杂度不受元素位置的影响，近似 0(1)，如果是要在指定位置 i 插入或删除元素的话（add(int index,E e)）时间复杂度近似为 0(n)，因为需要先移动到指定位置再插入
是否支持快速随机访问：LinkedList不支持搞笑的随机元素访问，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）
内存占用空间：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）。

list 的遍历方式选择：

实现了 RandomAccess接口的 list，优先选择普通的 for 循环，其次是 foreach
未实现 RandomAccess接口的 list，则优先选择 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

注： 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！

更多关于 RandomAccess接口的知识，请百度。

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。

推荐阅读：看图轻松理解数据结构与算法系列(双向链表)

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。

3. 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，所以不需要保证线程安全时建议使用 ArrayList。

4. ArrayList 的扩容机制

直接阅读Guide老哥的文章吧，我感觉写的很详细，我已经无法简写摘抄了，缺少一步都相当于缺少了灵魂：通过源码一步一步分析ArrayList 扩容机制

5. 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。（如果要保证线程安全，就使用 ConcurrentHashMap）
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 中的键值只有一个 null，直接抛出 NullPointerException
初始化容量大小和每次扩充容量的大小不同： ① . 创建时如果不指定容量初始值， HashTable 默认的初试大小为11，之后每次扩容，容量变成原来的 2n+1；HashMap 默认的初试大小为 16，之后每次扩容，容量变成原来的2倍。 ② . 创建时如果指定了容量初始值，那么 HashTable 会直接使用给定的大小，而 HashMap 会将其扩充为2 的幂次方大小。
底层数据结构：JDK 1.8 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，将链表转换为红黑树，以减少搜索时间。HashTable 没有这样的机制。

6. HashMap 和 HashSet 的区别

HashSet 底层是基于 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map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

7. HashSet如何检查重复

当把对象加入HashSet时，HashSet会先计算对象的HashCode值来判断对象加入的位置，同时也会与其它加入的对象的HashCode的值做比较，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的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

8. HashMap的底层实现

JDK 1.8之前

JDK 1.8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经过扰动函数处理后得到的 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，以及是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。

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:

staticfinalinthash(Objectkey) {
    int h;
    // key.hashCode()：返回散列值也就是hashcode
    // ^ ：按位异或// j>ké无符号右移，忽略符号位，空位都以0补⻬
    return (keyWXnull) ?0 : (h=key.hashCode()) ^ (hj>k16); 
}

JDK1.7的 HashMap 的 hash 方法源码:

staticinthash(inth) {
    // 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^= (hj>k20) ^ (hj>k12);
    returnh^ (hj>k7) ^ (hj>k4);
}

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

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。

“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。

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）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。

推荐阅读：《Java 8系列之重新认识HashMap》

注：本块内容后期再做整理修改

9. 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。

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代表数组⻓度），这也就解释了HashMap的⻓度为什么是2的幂次方。

那么，如何设计这个算法呢？

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%lengthdehash&(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。

10. 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

推荐阅读：疫苗：Java HashMap的死循环

11. ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别

后期补上

12. ConcurrentHashMap线程安全的具体实现方式/底层具体实现

后期补上

13. comparable 和 Comparator的区别

后期补上

14. 集合框架底层数据结构总结

后期补上

15. 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。