Java集合面试题总结

一、 主要容器概述

注意Collection是一个接口，是List和Set的公共接口，Collections是一个工具类

Java容器主要有三个：

• List:是一个有序集合，可以放重复的数据
• Set:是一个无序集合，不允许放重复的数据
• Map:是一个无序集合，集合中包含一个键对象，-一个值对象，键对象不允许重复，值对象可以重复(身份证号-姓名)

size，length，length ()区别？

• size()是集合中使用，统计集合中元素的个数
• length是数组的一个成员属性
• length ()是String的一个方法

Iterator

方法	描述
boolean hasNext()	判断集合中是否还有下一个元素
Object next()	返回下一个元素
void remove()	从集合中删除一个由 next()方法返回的元素

二、 List

• ArrayList：查询数据比较快，添加和删除数据比较慢(基于可变数组)
• LinkedList：查询数据比较慢，添加和删除数据比较快（基于链表数据结构）

1. ArrayList

查找比较快，增删比较慢

• 底层是基于数组。
• 默认容量是10
• 每次扩容1.5倍
• 如果增加 0.5 倍后的新容量超过限制的容量，则用所需的最小容量与限制的容量进行判断，超过则指定为 Integer 的最大值
• 通过数组的复制将原数据复制到一个更大(新的容量大小)的数组

如何保证线程安全？

• 继承ArrayList，重写其中的方法
• List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());

2. LinkedList

增删比较快，查找比较慢

• 基于链表的，除了存放数据，还需要存放指针，所以占用的空间会大一些

• 它实现了 Deque 接口，使得 LinkedList 类也具有队列的特性

• 不是线程安全的

3. Vector

Vector与 ArrayList 一样，也是通过数组实现的，不同的是它支持线程的同步，即某一时刻只有一 个线程能够写 Vector，避免多线程同时写而引起的不一致性，但实现同步需要很高的花费，因此，访问它比访问 ArrayList 慢。

4. ArrayList 与 LinkedList 异同

• 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：）；

• 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(Ee) 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。
  • LinkedList 采用链表存储，所以插入，删除元素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）。

• 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

5. ArrayList和Vector的区别

• 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，所以在不需要保证线程安全时时建议使用 ArrayList。【CopyOnWriteArrayList 是同步的】。

6. System.arraycopy()和 Arrays.copyOf()

1. arraycopy()需要目标数组，将原数组拷贝到你自己定义的数组里，而且可以选择拷贝的起点和长度以及放入新数组中的位置
2. copyOf()是系统自动在内部新建一个数组，并返回该数组。

三、 Set

在Set家族中，常用的有三种：

• HashSet: 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。
• LinkedHashSet: 这个是一个 HashSet + LinkedList 的结构，特点就是既拥有了 O(1) 的时间复杂度，又能够保留插入的顺序。
• TreeSet: 采用红黑树结构，特点是可以有序，可以用自然排序或者自定义比较器来排序；缺点就是查询速度没有 HashSet 快。

1. 哈希表

哈希表是一种数据结构，哈希表能够提供快速存取操作。哈希表是基于数组的，所以也存在缺点，数
组一旦创建将不能扩展。

正常的数组，如果需要查询某个值，需要对数组进行遍历，只是一种线性查找，查找的速度比较慢。
如果数组中的元素值和下标能够存在明确的对应关系，那么通过数组元素的值就可以换算出数据元素的下
**标，通过下标就可以快数定位数组元素，这样的数组就是哈希表。**一张哈希表：

元素值	10	11	12	13	14	15	16	17	18
元素下标	0	1	2	3	4	5	6	7	8

以上我们的示例元素值和下标的关系为：

• 元素下标=元素值-10，此时的示例 hashcode 就是和数组下标一致了,取得 hashcode 方法如下：

  //取得 hashCode
  pubic int hashCode(int value) {
  	return value – 10;
  }
  

2. HashSet

• HashSet中的数据是无序的不可重复的。
• 采用 Hashmap 的 key 来储存元素

3. hashCode()

覆盖了 equals 和 hashCode，当 hashCode 相同，它会调用 equals 进行比较，如果 equals 比较相等将不加把此元素加入到 Set 中

但 equals 比较不相等会重新根据 hashCode 换算位置仍然会将该元素加入进去的。

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,对两个对象分别调用 equals 方法都返回 true
• 两个对象有相同的 hashcode 值，它们也不一定是相等的
• 因此， 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）

再次强调：特别是向 HashSet 或 HashMap 中加入数据时必须同时覆盖 equals 和 hashCode 方法，应该
养成一种习惯覆盖 equals 的同时最好同时覆盖 hashCode

Java 要求：

• 两个对象 equals 相等，那么它的 hashcode 相等
• 两个对象 equals 不相等，那么它的 hashcode 并不要求它不相等，但一般建议不相等hashcode 相等不代表两个对象相等（采用 equals 比较）

为什么重写 equals() 就必须要重写 hashCode()？

• 当key的hashCode()计算的数值相同时，就会出现hash冲突

处理 hash 冲突有哪些方法？Java 中用的哪一种？为什么？另一种方法你在工作中用过吗？在什么情况下用得多？

见：https://xzzz2020.gitee.io/post/d0otbdSTy

4. TreeSet

• TreeSet 可以对 Set 集合进行排序， 默认自然排序（即升序）
• 引用类型实现排序，需要实现Comparator或者Comparable

Comparable 和Comparator 的区别？

• Comparable是自然排序，需要实体类实现，需要修改源代码
• Comparator 是定制排序，不需要更改源代码，定义一个比较规则，传递给需要调用的方法中，将比较策略与数据分离，体现了策略模式
• Comparator 比Comparable 优先级更高

四、 Map

关于HashMap的全部面试题见：https://xzzz2020.gitee.io/post/hashmap

Map 中可以放置键值对，也就是每一个元素都包含键对象和值对象， Map 实现较常用的为 HashMap，HashMap 对键对象的存取和 HashSet 一样，仍然采用的是哈希算法，所以如果使用自定类作为 Map 的键对象，必须复写 equals 和 hashCode 方法

Map中常用的三个：

• HashMap: 与 HashSet 对应，也是无序的，O(1)。
• LinkedHashMap: 这是一个「HashMap + 双向链表」的结构，落脚点是 HashMap，所以既拥有 HashMap 的所有特性还能有顺序。
• TreeMap: 是有序的，本质是用二叉搜索树来实现的。

1. HashMap

实现原理

• 对于HashMap中的每个key，根据一个Hash函数，计算出一个Hash值，对应就是桶的编号，桶实际上是用数组实现的
• Hash函数跟HashMap的容量有关系

如果不同的元素的key算出了相同的哈希值，那么该怎么存放呢？

• 这就是哈希碰撞，即多个 key 对应了同一个桶。

HashMap 中是如何保证元素的唯一性的呢？即相同的元素会不会算出不同的哈希值呢？

• 通过 hashCode() 和 equals() 方法来保证元素的唯一性。

2. HashTable

是一个线程安全的，但是锁住了全部数据效率低下

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 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 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 进的键值只要有一个 null，直接抛出 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，当链表长度大于阈值（默
   认为 8）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。 Hashtable 没有这样的机制。

3. LinkedHashMap

保存了记录的插入顺序，在用 Iterator 遍历 LinkedHashMap时，先得到的记录肯定是先插入的，也可以在构造时带参数，按照访问次序排序 。

五、 Collections常用方法

排序

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。  

查找,替换操作

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。
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。
int min(Collection coll, Comparator c) void fill(List list, Object obj)//用指定的元素代替指定 list 中
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，
int lastIndexOfSubList(List source, list target).
boolean replaceAll(List list, Object oldVal, Object newVal), 用新元素替换旧元素  

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

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。

设置不可变集合

emptyXxx()： 返回一个空的、不可变的集合对象，此处的集合既可以是 List，也可以是 Set，还可以是 Map。

singletonXxx()： 返回一个只包含指定对象（只有一个或一个元素）的不可变的集合对象，此处的集合可以
是： List， Set， Map。

unmodifiableXxx()： 返回指定集合对象的不可变视图，此处的集合可以是： List， Set， Map。 上面三类方法的参数是原有的集合对象，返回值是该集合的”只读“版本