学习笔记——Java三大集合（一）

学习笔记——Java三大集合（一）

集合类概览

1、Map，List和Set都是Collection的子接口吗？

答：不是，Map和Collection是并列关系，List、Set和Queue是Collection的子接口。

2、说说Java中常见的集合吧

**答：**Java中的常见集合可以概括如下。

• Map接口和Collection接口是所有集合框架的父接口

• Collection接口的子接口包括：Set接口、List接口和Queue接口

  Queue
  LinkedList：可以用它来实现双向队列。
  PriorityQueue：基于堆结构实现，可以用它来实现优先队列。

• Map接口的实现类主要有：HashMap、TreeMap、Hashtable、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap以及Properties等

  1、TreeMap： 基于红黑树实现。
  2、HashMap： 基于哈希表实现。
  3、HashTable： 和 HashMap 类似，但它是线程安全的，这意味着同一时刻多个线程可以同时写入HashTable 并且不会导致数据不一致。它是遗留类，不应该去使用它。现在可以使用 ConcurrentHashMap 来支持线程安全，并且 ConcurrentHashMap 的效率会更高，因为 ConcurrentHashMap 引入了分段锁。
  4、LinkedHashMap： 使用双向链表来维护元素的顺序，顺序为插入顺序或者最近最少使用（LRU）顺序。

• Set接口的实现类主要有：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet等

  1、 TreeSet： 基于红黑树实现，支持有序性操作，例如：根据一个范围查找元素的操作。但是查找效率不如 HashSet，HashSet 查找的时间复杂度为 O(1)，TreeSet 则为O(logN)。
  2、HashSet： 基于哈希表实现，支持快速查找，但不支持有序性操作。并且失去了元素的插入顺序信息，也就是说使用 Iterator 遍历 HashSet 得到的结果是不确定的。
  3、LinkedHashSet： 具有 HashSet 的查找效率，且内部使用双向链表维护元素的插入顺序。

• List接口的实现类主要有：ArrayList、LinkedList、Stack以及Vector等

  1、ArrayList： 基于动态数组实现，支持随机访问。
  2、Vector： 和 ArrayList 类似，但它是线程安全的。
  3、LinkedList： 基于双向链表实现，只能顺序访问，但是可以快速地在链表中间插入和删除元素。不仅如此，LinkedList 还可以用作栈、队列和双向队列。

3、HashMap和Hashtable的区别有哪些？

答： HashMap和Hashtable之间的区别可以总结如下。

• HashMap没有考虑同步，是线程不安全的；Hashtable使用了synchronized关键字，是线程安全的；
• HashMap允许null作为Key；Hashtable不允许null作为Key，Hashtable的value也不可以为null

**追问：HashMap是线程不安全的是吧？你可以举一个例子吗？ **

HashMap 的 put 操作是不安全的，因为没有使用任何锁。HashMap 在多线程下最大的安全隐患发生在扩容的时候。比如：HashMap使用默认容量 16，这时 100 个线程同时往 HashMap 中 put 元素，会发生扩容混乱，因为扩容也没有任何锁来保证并发安全。

• Hashtable线程安全是由于其内部实现在put和remove等方法上使用synchronized进行了同步，所以对单个方法的使用是线程安全的。但是对多个方法进行复合操作时，线程安全性无法保证。 比如一个线程在进行get操作，一个线程在进行remove操作，往往会导致下标越界等异常。

追问：Java集合中的快速失败（fast-fail）机制

答：快速失败是Java集合的一种错误检测机制，当多个线程对集合进行结构上的改变的操作时，有可能会产生fail-fast。

例如：

假设存在两个线程（线程1、线程2），线程1通过Iterator在遍历集合A中的元素，在某个时候线程2修改了集合A的结构（是结构上面的修改，而不是简单的修改集合元素的内容），那么这个时候程序就可能会抛出 ConcurrentModificationException异常，从而产生fast-fail快速失败。

4、HashMap底层实现结构有了解吗？

答：HashMap底层实现数据结构为数组+链表的形式，JDK8及其以后的版本中使用了数组+链表+红黑树实现，解决了链表太长导致的查询速度变慢的问题。

5、HashMap的初始容量，加载因子，扩容增量是多少？

**答：HashMap的初始容量16，加载因子为0.75，扩容增量是原容量的1倍。如果HashMap的容量为16，一次扩容后容量为32。HashMap扩容是指元素个数（包括数组和链表+红黑树中）**超过了16*0.75=12之后开始扩容。

追问：HashMap的长度为什么是2的幂次方？

答：

• 我们将一个键值对插入HashMap中，通过将Key的hash值与length-1进行&运算，实现了当前Key的定位，2的幂次方可以减少冲突（碰撞）的次数，提高HashMap查询效率

• 如果length为2的幂次方，则length-1 转化为二进制必定是11111……的形式，在与h的二进制与操作效率会非常的快，而且空间不浪费

• 至于加载因子，如果设置太小不利于空间利用，设置太大则会导致碰撞增多，降低了查询效率，所以设置了0.75。

追问：解决Hash冲突的方法有哪些？

• 拉链法 （HashMap使用的方法）
• 线性探测再散列法
• 二次探测再散列法
• 伪随机探测再散列法

6、哪些类适合作为HashMap的键？

String和Interger这样的包装类很适合做为HashMap的键，因为他们是final类型的类，而且重写了equals和hashCode方法，避免了键值对改写，有效提高HashMap性能。为了计算hashCode()，就要防止键值改变，如果键值在放入时和获取时返回不同的hashCode的话，那么就不能HashMap中找到你想要的对象。

7、ConcurrentHashMap和Hashtable的区别？

答： **ConcurrentHashMap结合了HashMap和Hashtable二者的优势。**HashMap没有考虑同步，Hashtable考虑了同步的问题。但是Hashtable在每次同步执行时都要锁住整个结构。

Map结合了HashMap和Hashtable二者的优势。**HashMap没有考虑同步，Hashtable考虑了同步的问题。但是Hashtable在每次同步执行时都要锁住整个结构。

ConcurrentHashMap锁的方式是稍微细粒度的，ConcurrentHashMap将hash表分为16个桶（默认值），诸如get，put，remove等常用操作只锁上当前需要用到的桶。