数组、集合面试题

1. Java 集合类框架的基本接口有哪些？

集合类接口指定了一组叫做元素的对象。集合类接口的每一种具体的实现类都可以选择以它自己的方式对元素进行保存和排序。有的集合类允许重复的键，有些不允许。

Java 集合类提供了一套设计良好的支持对一组对象进行操作的接口和类。Java 集合类里面最基本的接口有：

• Collection：代表一组对象，每一个对象都是它的子元素。
• Set：不包含重复元素的Collection。
• List：有顺序的collection，并且可以包含重复元素。
• Map：可以把键(key)映射到值(value)的对象，键不能重复。

2. 为什么集合类没有实现 Cloneable 和 Serializable 接口？

克隆(cloning)或者是序列化(serialization)的语义和含义是跟具体的实现相关的。因此，应该由集合类的具体实现来决定如何被克隆或者是序列化。

3. 什么是迭代器(Iterator)？

Iterator 接口提供了很多对集合元素进行迭代的方法。每一个集合类都包含了可以返回迭代器实例的

迭代方法。迭代器可以在迭代的过程中删除底层集合的元素,但是不可以直接调用集合的
remove(Object Obj)删除，可以通过迭代器的remove()方法删除。

4. Iterator 和 ListIterator 的区别是什么？

下面列出了他们的区别：

• Iterator可用来遍历Set和List集合，但是ListIterator只能用来遍历List。
• Iterator对集合只能是前向遍历，ListIterator既可以前向也可以后向。
• ListIterator实现了Iterator接口，并包含其他的功能，比如：增加元素，替换元素，获取前一个和后一个元素的索引，等等。

5. 快速失败(fail-fast)和安全失败(fail-safe)的区别是什么？

Iterator的安全失败是基于对底层集合做拷贝，因此，它不受源集合上修改的影响。java.util包下面的所有的集合类都是快速失败的，而java.util.concurrent包下面的所有的类都是安全失败的。快速失败的迭代器会抛出ConcurrentModificationException异常，而安全失败的迭代器永远不会抛出这样的异常。

6. Java 中的 HashMap 的工作原理是什么？

Java中的HashMap是以键值对(key-value)的形式存储元素的。HashMap需要一个hash函数，它使用hashCode()和equals()方法来向集合/从集合添加和检索元素。当调用put()方法的时候，HashMap会计算key的hash值，然后把键值对存储在集合中合适的索引上。如果key已经存在了，value会被更新成新值。HashMap的一些重要的特性是它的容量(capacity)，负载因子(load factor)和扩容极限(threshold resizing)。

7. hashCode() 和 equals() 方法的重要性体现在什么地方？

Java中的HashMap使用hashCode()和equals()方法来确定键值对的索引，当根据键获取值的时候也会用到这两个方法。如果没有正确的实现这两个方法，两个不同的键可能会有相同的hash值，因此，可能会被集合认为是相等的。而且，这两个方法也用来发现重复元素。所以这两个方法的实现对HashMap的精确性和正确性是至关重要的。

8. HashMap 和 Hashtable 有什么区别？

HashMap和Hashtable都实现了Map接口，因此很多特性非常相似。但是，他们有以下不同点：
HashMap允许键和值是null，而Hashtable不允许键或者值是null。
Hashtable是同步的，而HashMap不是。因此，HashMap更适合于单线程环境，而Hashtable适合于多线程环境。
HashMap提供了可供应用迭代的键的集合，因此，HashMap是快速失败的。另一方面，Hashtable提供了对键的列举(Enumeration)。
一般认为Hashtable是一个遗留的类。

1 HashMap不是线程安全的

 HashMap是map接口的子类，是将键映射到值的对象，其中键和值都是对象，并且不能包含重复键，但可以包含重复值。HashMap允许null key和null value，而hashtable不允许。

2 HashTable是线程安全。

HashMap是Hashtable的轻量级实现（非线程安全的实现），他们都完成了Map接口，主要区别在于HashMap允许空（null）键值（key）,由于非线程安全，效率上可能高于Hashtable。

HashMap允许将null作为一个entry的key或者value，而Hashtable不允许。

HashMap把Hashtable的contains方法去掉了，改成containsvalue和containsKey。因为contains方法容易让人引起误解。 Hashtable继承自Dictionary类，而HashMap是Java1.2引进的Map interface的一个实现。 最大的不同是，Hashtable的方法是Synchronize的，而HashMap不是，在多个线程访问Hashtable时，不需要自己为它的方法实现同步，而HashMap 就必须为之提供外同步。 Hashtable和HashMap采用的hash/rehash算法都大概一样，所以性能不会有很大的差

9. 数组(Array)和列表(ArrayList)有什么区别？什么时候应该使用 Array 而不是 ArrayList？

下面列出了Array和ArrayList的不同点：

• Array可以包含基本类型和对象类型，ArrayList只能包含对象类型。
• Array大小是固定的，ArrayList的大小是动态变化的。
• ArrayList提供了更多的方法和特性，比如：addAll()，removeAll()，iterator()等等。

对于基本类型数据，集合使用自动装箱来减少编码工作量。但是，当处理固定大小的基本数据类型的时候，这种方式相对比较慢。

10. ArrayList 和 LinkedList 有什么区别？

ArrayList 和 LinkedList 都实现了 List 接口，他们有以下的不同点：

• ArrayList 是基于索引的数据接口，它的底层是数组。它可以以O(1)时间复杂度对元素进行随机访问。与此对应，LinkedList 是以元素列表的形式存储它的数据，每一个元素都和它的前一个和后一个元素链接在一起，在这种情况下，查找某个元素的时间复杂度是O(n)。
• 相对于ArrayList，LinkedList 的插入，添加，删除操作速度更快，因为当元素被添加到集合任意位置的时候，不需要像数组那样重新计算大小或者是更新索引。
• LinkedList 比 ArrayList 更占内存，因为 LinkedList 为每一个节点存储了两个引用，一个指向前一个元素，一个指向下一个元素。

11. Comparable 和 Comparator 接口是干什么的？列出它们的区别。

Java提供了只包含一个compareTo()方法的Comparable接口。这个方法可以个给两个对象排序。具体来说，它返回负数，0，正数来表明输入对象小于，等于，大于已经存在的对象。
Java提供了包含compare()和equals()两个方法的Comparator接口。compare()方法用来给两个输入参数排序，返回负数，0，正数表明第一个参数是小于，等于，大于第二个参数。equals()方法需要一个对象作为参数，它用来决定输入参数是否和comparator相等。只有当输入参数也是一个comparator并且输入参数和当前comparator的排序结果是相同的时候，这个方法才返回true。

12. 什么是 Java 优先级队列(Priority Queue)？

PriorityQueue是一个基于优先级堆的无界队列，它的元素是按照自然顺序(natural order)排序的。在创建的时候，我们可以给它提供一个负责给元素排序的比较器。PriorityQueue不允许null值，因为他们没有自然顺序，或者说他们没有任何的相关联的比较器。最后，PriorityQueue不是线程安全的，入队和出队的时间复杂度是O(log(n))。

13. 你了解大O符号(big-O notation)么？你能给出不同数据结构的例子么？

大O符号描述了当数据结构里面的元素增加的时候，算法的规模或者是性能在最坏的场景下有多么好。
大O符号也可用来描述其他的行为，比如：内存消耗。因为集合类实际上是数据结构，我们一般使用大O符号基于时间，内存和性能来选择最好的实现。大O符号可以对大量数据的性能给出一个很好的说明。

14. 如何权衡是使用无序的数组还是有序的数组？

有序数组最大的好处在于查找的时间复杂度是O(log n)，而无序数组是O(n)。有序数组的缺点是插入操作的时间复杂度是O(n)，因为值大的元素需要往后移动来给新元素腾位置。相反，无序数组的插入时间复杂度是常量O(1)。

15. Java集合类框架的最佳实践有哪些？

根据应用的需要正确选择要使用的集合的类型对性能非常重要，比如：假如元素的大小是固定的，而且能事先知道，我们就应该用Array而不是ArrayList。
有些集合类允许指定初始容量。因此，如果我们能估计出存储的元素的数目，我们可以设置初始容量来避免重新计算hash值或者是扩容。
为了类型安全，可读性和健壮性的原因总是要使用泛型。同时，使用泛型还可以避免运行时的ClassCastException。
使用JDK提供的不变类(immutable class)作为Map的键可以避免为我们自己的类实现hashCode()和equals()方法。
编程的时候接口优于实现。
底层的集合实际上是空的情况下，返回长度是0的集合或者是数组，不要返回null。

16.Enumeration 接口和 Iterator 接口的区别有哪些？

Enumeration速度是Iterator的2倍，同时占用更少的内存。但是，Iterator远远比Enumeration安全，因为其他线程不能够修改正在被iterator遍历的集合里面的对象。同时，Iterator允许调用者删除底层集合里面的元素，这对Enumeration来说是不可能的。

17. HashSet 和 TreeSet 有什么区别？

相同点：

• 单列集合，元素不可重复

不同点：

1.底层存储的数据结构不同

HashSet 底层用的是 HashMap 哈希表结构存储，而 TreeSet 底层用的是 TreeMap 树结构存储

2.存储时保证数据唯一性依据不同

HashSet 是通过复写 hashCode() 方法和 equals() 方法来保证的，而 TreeSet 通过 Compareable 接口的 compareTo() 方法来保证的

3.有序性不一样

• HashSet 无序，TreeSet 有序

存储原理：

• HashSet：底层数据结构是哈希表，本质就是对哈希值的存储，通过判断元素的 hashCode方法和equals方法来保证元素的唯一性，当hashCode值不相同，就直接存储了，不用在判断equals了，当 hashCode 值相同时，会在判断一次euqals方法的返回值是否为true，如果为 true 则视为用一个元素，不用存储，如果为false，这些相同哈希值不同内容的元素都存放一个桶里（当哈希表中有一个桶结构，每一个桶都有一个哈希值）
• TreeSet：底层的数据结构是二叉树，可以对Set集合中的元素进行排序，这种结构，可以提高排序性能，根据比较方法的返回值确定的，只要返回的是0，就代表元素重复。

18. HashMap、LinkedMap、TreeMap 的区别？

Map 主要用于存储键(key)值(value)对，根据键得到值，因此键不允许键重复，但允许值重复。

• HashMap ：是一个最常用的Map，它根据键的 HashCode 值存储数据，根据键可以直接获取它的值，具有很快的访问速度。

  • HashMap 最多只允许一条记录的键为Null
  • 允许多条记录的值为 Null
  • HashMap不支持线程的同步，即任一时刻可以有多个线程同时写HashMap
  • 可能会导致数据的不一致。如果需要同步，可以用 Collections 的 synchronizedMap 方法使HashMap具有同步的能力。

• LinkedHashMap：也是一个 HashMap，但是内部维持了一个双向链表，可以保持顺序

• TreeMap 可以用于排序

19. Collection 和 Collections 的区别？

• Collection 是集合类的上级接口，继承与他有关的接口主要有 List 和 Set

• Collections 是针对集合类的一个帮助类，他提供一系列静态方法实现对各种集合的搜索、排序、线程安全等操作

20. Java中的HashMap的工作原理是什么？

首先比较一下equals（）和hashcode（）方法的不同点：

equals：是否是同一个对象实例。注意，是“实例”。比如String s = new String(“test”); s.equals(s), 这就是同一个对象实例的比较；

等号(==)：对比对象实例的内存地址（也即对象实例的ID），来判断是否是同一对象实例；又可以说是判断对象实例是否物理相等；

Hashcode：我觉得可以这样理解：并不是对象的内存地址，而是利用hash算法，对对象实例的一种描述符（或者说对象存储位置的hash算法映射，即用HashCode方法来描述对象存储位置bucket的位置）——对象实例的哈希码

21. 为什么需要使用Hashcode，可以从Java集合的常用需求来描述：

Java中的集合（Collection）有两类，一类是List，再有一类是Set。前者集合内的元素是有序的，元素可以重复；后者元素无序，但元素不可重复。那么这里就有一个比较严重的问题了：要想保证元素不重复，可两个元素是否重复应该依据什么来判断呢？这就是 Object.equals方法了。但是，如果每增加一个元素就检查一次，那么当元素很多时，后添加到集合中的元素比较的次数就非常多了。也就是说，如果集合中现在已经有1000个元素，那么第1001个元素加入集合时，它就要调用1000次equals方法。这显然会大大降低效率。
于是，Java采用了哈希表的原理。哈希算法也称为散列算法，是将数据依特定算法直接指定到一个地址上。可以这样简单理解，hashCode方法实际上返回的就是对象存储位置的映像。这样一来，当集合要添加新的元素时，先调用这个元素的hashCode方法，就能定位到它应该放置的存储位置。如果这个位置上没有元素，它就可以直接存储在这个位置上，不用再进行任何比较了；如果这个位置上已经有元素了，就调用它的equals方法与新元素进行比较，相同的话就不存了，不相同就表示发生冲突了，散列表对于冲突有具体的解决办法（主要有四种方法：1.开放定址法；2.再散列函数法；3.链地址法；4.公共溢出区法。各种方法具体的优缺点参见：https://www.cnblogs.com/cing/p/8821389.html），但最终还会将新元素保存在适当的位置。这样一来，实际调用equals方法的次数就大大降低了，几乎只需要一两次。

HashMap是基于Map接口实现、允许null键/值、非同步、不保证有序(比如插入的顺序)、也不保证序不随时间变化。在HashMap中有两个很重要的参数，容量(Capacity)和负载因子(Load factor)。Capacity就是bucket（桶）的大小，Load factor就是bucket填满程度的最大比例（一般是0.75）。

HashMap是基于hashing的原理，我们使用put(key, value)存储对象到HashMap中，使用get(key)从HashMap中获取对象。当我们给put()方法传递键和值时，我们先对键调用hashCode()方法，返回的hashCode用于找到bucket位置来储存Entry对象。HashMap是在bucket中储存键对象和值对象，作为Map.Entry

当两个对象的hashcode相同会发生什么？因为hashcode相同，所以它们的bucket位置相同，‘碰撞’会发生。因为HashMap使用链表存储对象，这个Entry(包含有键值对的Map.Entry对象)会存储在链表中。

如果两个键的hashcode相同，如何获取值对象？当我们调用get()方法，HashMap会使用键对象的hashcode找到bucket位置，然后会调用keys.equals()方法去找到链表中正确的节点，最终找到要找的值对象。

如果HashMap的大小超过了负载因子(load factor)定义的容量，怎么办？默认的负载因子大小为0.75，也就是说，当一个map填满了75%的bucket时候，和其它集合类(如ArrayList等)一样，将会创建原来HashMap大小的两倍的bucket数组，来重新调整map的大小，并将原来的对象放入新的bucket数组中。这个过程叫作rehashing，因为它调用hash方法找到新的bucket位置。

重新调整HashMap大小存在什么问题呢？在多线程的环境下，当重新调整HashMap大小的时候，存在条件竞争，因为如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小了，它们会同时试着调整大小。在调整大小的过程中，存储在链表中的元素的次序会反过来，因为移动到新的bucket位置的时候，HashMap并不会将元素放在链表的尾部，而是放在头部，这是为了避免尾部遍历(tail traversing)。如果条件竞争发生了，那么就死循环了。这个时候，你可以质问面试官，为什么这么奇怪，要在多线程的环境下使用HashMap呢？

22. 2.什么是迭代器(Iterator)？

迭代器是一种设计模式，它是一个对象，它可以遍历并选择序列中的对象，而开发人员不需要了解该序列的底层结构。迭代器通常被称为“轻量级”对象，因为创建它的代价小。Java中的Iterator功能比较简单，并且只能单向移动：对已集合类中的任何一个实现类，都可以返回这样一个Iterator对象。跟循环差不多。

好处是可以适合用于任何一个类，而且java也对它进行了优化，比直接用index访问快一点。迭代器是一种模式，它可以使得对于序列类型的数据结构的遍历行为与被遍历的对象分离，迭代器相当于有个指针,每次调用hasNext()方法如果返回值是true,说明有下一个元素,再执行next()方法获得该元素的值.

在迭代器Iteartor接口中，有以下3个方法：

1.hasNext() 该方法英语判断集合对象是否还有下一个元素，如果已经是最后一个元素则返回false

2.next() 把迭代器的指向移到下一个位置，同时，该方法返回下一个元素的引用

3.remove() 从迭代器指向的Collection中移除迭代器返回的最后一个元素，该操作使用的比较少。

注意：从Java5.0开始，迭代器可以被foreach循环所替代，但是foreach循环的本质也是使用Iterator进行遍历的。

23. Iterator和ListIterator的区别是什么？

1.ListIterator只能用于List，Iterator是通用的

2.Iterator容易引起并发修改异常问题，而ListIterator可以避免线程安全问题的发生，因为其有内置的add()等修改集合的方法。

24. HashSet 和 HashMap 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() 方法、writeObject()方法、readObject()方法是 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。）

25. 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。