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一文带你了解-Java集合超详解（破天荒总结）
集合的特点
集合的特点主要有如下两点：
- 对象封装数据，对象多了也需要存储。集合用于存储对象。
- 对象的个数确定可以使用数组，对象的个数不确定的可以用集合。因 为集合是可变长度的。
集合和数组的区别
- 数组是固定长度的；集合可变长度的。
- 数组可以存储基本数据类型，也可以存储引用数据类型；集合只能存 储引用数据类型。
- 数组存储的元素必须是同一个数据类型；集合存储的对象可以是不同 数据类型。
使用集合框架的好处
- 容量自增长；
- 提供了高性能的数据结构和算法，使编码更轻松，提高了程序速度和质量；
- 允许不同 API 之间的互操作，API之间可以来回传递集合；
- 可以方便地扩展或改写集合，提高代码复用性和可操作性。
- 通过使用JDK自带的集合类，可以降低代码维护和学习新API成本。
常用的集合类有哪些？
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接口和List接口
- Map接口的实现类主要有：HashMap、TreeMap、Hashtable、 ConcurrentHashMap以及Properties等
- Set接口的实现类主要有：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet等
- List接口的实现类主要有：ArrayList、LinkedList、Stack以及Vector等
List，Set，Map三者的区别？List、Set、Map 是否继 承自Collection 接口？List、Map、Set 三个接口存取 元素时，各有什么特点？
Java 容器分为 Collection 和 Map 两大类，Collection集合的子接口有Set、 List、Queue三种子接口。
我们比较常用的是Set、List，Map接口不是 collection的子接口。
Collection集合主要有List和Set两大接口
- List: 一个有序 (元素存入集合的顺序和取出的顺序一致) 容器,元素可以重复,可以插入多个nul元素,元素都有索引。常用的实现类有ArrayList、LinkedList 和Vector.
- Set: 一个无序 (存入和取出顺序有可能不一致) 容器，不可以存储重复元素，只允许存入一个nul元素,必须保证元素唯一性。Set 接口常用实现类是HashSet、LinkedHashSet 以及TreeSet。
Map是一个键值对集合，存储键、值和之间的映射。 Key无序，唯一；value 不 要求有序，允许重复。
Map没有继承于Collection接口，从Map集合中检索元 素时，只要给出键对象，就会返回对应的值对象。
Map 的常用实现类：HashMap、TreeMap、HashTable、LinkedHashMap、 ConcurrentHashMap
集合框架底层数据结构
Collection
List
- Arraylist: Object数组
- Vector: Object数组
- LinkedList:双向循环链表
Set
- HashSet（无序，唯一）：基于 HashMap 实现的，底层采用 HashMap 来保存元素
- LinkedHashSet： LinkedHashSet 继承与 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 其内部是基 于 Hashmap 实现一样，不过还是有一点点区别的。
- TreeSet（有序，唯一）： 红黑树(自平衡的排序二叉树。)
Map
- HashMap： JDK1.8之前 HashMap 由数组+链表组成的，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（“拉链法”解决冲突）.JDK1.8以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（默认为8）时，将链表转 化为红黑树，以减少搜索时间
- LinkedHashMap：LinkedHashMap 继承自 HashMap，所以它的底层仍然是 基于拉链式散列结构即由数组和链表或红黑树组成。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+链表组成的，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
- TreeMap： 红黑树（自平衡的排序二叉树）
哪些集合类是线程安全的？
- vector：就比arraylist多了个同步化机制（线程安全），因为效率较低，现在已 经不太建议使用。
在web应用中，特别是前台页面，往往效率（页面响应速度）是优 先考虑的。 - statck：堆栈类，先进后出。
- hashtable：就比hashmap多了个线程安全。
- enumeration：枚举，相当于迭代器。
Java集合的快速失败机制 “fail-fast”？
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 机制。
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会抛出ConcurrentModificationException 异常，从而产生fail-fast机制。
原因：迭代器在遍历时直接访问集合中的内容，并且在遍历过程中使用一个 modCount 变量。集合在被遍历期间如果内容发生变化，就会改变modCount 的值。每当迭代器使用hashNext()/next()遍历下一个元素之前，都会检测 modCount变量是否为expectedmodCount值，是的话就返回遍历；否则抛出异常，终止遍历。
解决办法：
- 在遍历过程中，所有涉及到改变modCount值得地方全部加上 synchronized。
- 使用CopyOnWriteArrayList来替换ArrayList
怎么确保一个集合不能被修改？
可以使用 Collections. unmodifiableCollection(Collection c) 方法来创建一个 只读集合，这样改变集合的任何操作都会抛出 Java. lang. UnsupportedOperationException 异常。 示例代码如下：
List<String> list = new ArrayList<>O);
list. add("x");
collection<String> clist = Collecti ons. unmodi fi ableCollection(list);
clist. add("y"); //运行时此行报错
System. out. print1n(list. size());
Collection接口
List接口
迭代器 Iterator 是什么？
Iterator 接口提供遍历任何 Collection 的接口。我们可以从一个 Collection 中使用迭代器方法来获取迭代器实例。迭代器取代了 Java 集合框架中的 Enumeration，迭代器允许调用者在迭代过程中移除元素。
Iterator 怎么使用？有什么特点？
Iterator 使用代码如下：
List<String> list = new ArrayList();
Iterator<String> it = list. iterator();
while(it. hasNext()) {
String obj = it.next() ;
System. out. println(obj) ;
}
Iterator 的特点是只能单向遍历，但是更加安全，因为它可以确保，在当前遍历的集合元素被更改的时候，就会抛出ConcurrentModificationException 异常
如何边遍历边移除 Collection 中的元素？
边遍历边修改 Collection 的唯一正确方式是使用 Iterator.remove() 方法，如下：
Iterator<Integer> it = list. iterator();
while(it. hasNext()){
*// do something
it. remove ();
}
一种 常见的错误代码如下：
for (Integer i : 1ist){
list. remove(i)
}
运行以上错误代码会报 ConcurrentModificationException 异常。这是因为当使用 foreach(for(Integeri : list)) 语句时，会自动生成一个iterator 来遍历该 list，但同时该 list 正在被 Iterator.remove() 修改。
Java 一般不允许一个线程在遍历 Collection 时另一个线程修改它。
Iterator 和 ListIterator 有什么区别？
- Iterator 可以遍历 Set 和 List 集合，而 ListIterator 只能遍历 List。
- Iterator 只能单向遍历，而 ListIterator 可以双向遍历（向前/后遍历）。
- ListIterator 实现 Iterator 接口，然后添加了一些额外的功能，比如添加一个元 素、替换一个元素、获取前面或后面元素的索引位置。
遍历一个 List 有哪些不同的方式？每种方法的实现原理是什 么？Java 中 List 遍历的最佳实践是什么？
遍历方式有以下几种：
- for 循环遍历，基于计数器。在集合外部维护一个计数器，然后依次读 取每一个位置的元素，当读取到后一个元素后停止。
- 迭代器遍历，Iterator。Iterator 是面向对象的一个设计模式，目的是屏 蔽不同数据集合的特点，统一遍历集合的接口。Java 在 Collections 中支 持了 Iterator 模式。
- foreach 循环遍历。foreach 内部也是采用了 Iterator 的方式实现，使 用时不需要显式声明Iterator 或计数器。优点是代码简洁，不易出错；缺 点是只能做简单的遍历，不能在遍历过程中操作数据集合，例如删除、替 换。
最佳实践：Java Collections 框架中提供了一个 RandomAccess 接口，用来标 记 List 实现是否支持Random Access。
- 如果一个数据集合实现了该接口，就意味着它支持 Random Access，按位置读 取元素的平均时间复杂度为 O(1)，如ArrayList。
- 如果没有实现该接口，表示不支持 Random Access，如LinkedList。 推荐的做法就是，支持Random Access 的列表可用 for 循环遍历，否则建议 用 Iterator 或 foreach 遍历。
说一下 ArrayList 的优缺点
ArrayList的优点如下：
- ArrayList 底层以数组实现，是一种随机访问模式。ArrayList 了RandomAccess 接口，因此查找的时候非常快。
- ArrayList 在顺序添加一个元素的时候非常方便。
ArrayList 的缺点如下：
- 删除元素的时候，需要做一次元素复制操作。如果要复制的元素很多，那么就会比较耗费性能。
- 插入元素的时候，也需要做一次元素复制操作，缺点同上。
ArrayList 比较适合顺序添加、随机访问的场景。
如何实现数组和 List 之间的转换？
数组转 List：使用 Arrays. asList(array) 进行转换。
List 转数组：使用 List 自带的 toArray() 方法。代码示例：
// list to array
List<String> list = new ArrayList<String>O);
list. add("123");
list. add("456'");
list. toArray();
// array to 1ist
String[] array = new
String[] {"123","456"};
Arrays. asList(array) ;
ArrayList 和 LinkedList 的区别是什么？
- 数据结构实现：ArrayList 是动态数组的数据结构实现，而 LinkedList 是双向链表的数据结构实现。
- 随机访问效率：ArrayList 比 LinkedList 在随机访问的时候效率要高，因为 LinkedList 是线性的数据存储方式，所以需要移动指针从前往后依次查找。
- 增加和删除效率：在非首尾的增加和删除操作，LinkedList 要比ArrayList 效率要高，因为ArrayList 增删操作要影响数组内的其他数据的下标。
- 内存空间占用：LinkedList 比 ArrayList 更占内存，因为 LinkedList 的节点除了存储数据，还存储了两个引用，一个指向前一个元素，一个指向后一个元素。
- 线程安全：ArrayList 和 LinkedList 都是不同步的，也就是不保证线程安全；
综合来说，在需要频繁读取集合中的元素时，更推荐使用 ArrayList，而在插入和删除操作较多时，更推荐使用 LinkedList。
补充：数据结构基础之双向链表
双向链表也叫双链表，是链表的一种，它的每个数据结点中都有两个指针，分别指向直接后继和直接前驱。所以，从双向链表中的任意一个结点开始，都可以很方便地访问它的前驱结点和后继结点。
插入数据时，ArrayList、LinkedList、Vector谁速度较快？阐述 ArrayList、Vector、LinkedList 的存储性能和特性？
ArrayList、LinkedList、Vector 底层的实现都是使用数组方式存储数据。数组元素数大于实际存储的数据以便增加和插入元素，它们都允许直接按序号索引元素，但是插入元素要涉及数组元素移动等内存操作，所以索引数据快而插入数据慢。
Vector 中的方法由于加了 synchronized 修饰，因此 Vector是线程安全容器，但性能上较ArrayList差。
LinkedList 使用双向链表实现存储，按序号索引数据需要进行前向或后向遍历，但插入数据时只需要记录当前项的前后项即可，所以 LinkedList插入速度较快。
多线程场景下如何使用 ArrayList？
ArrayList 不是线程安全的，如果遇到多线程场景，可以通过 Collections 的synchronizedList 方法将其转换成线程安全的容器后再使用。例如像下面这样：
List<String> synchronizedlist = collecti ons . synchronizedList(list);
synchroni zedList.add("aaa");
synchroni zedL ist. add("bbb") ;
for (int i = 0; i < synchronizedList.size(); i++) {
Sys tem. out . println(synchronizedList. get(i)) ;
List 和 Set 的区别
List , Set 都是继承自Collection 接口
List 特点：一个有序（元素存入集合的顺序和取出的顺序一致）容器，元素可以重复，可以插入多个null元素，元素都有索引。常用的实现类有 ArrayList、LinkedList 和 Vector。
Set 特点：一个无序（存入和取出顺序有可能不一致）容器，不可以存储重复元素，只允许存入一个null
元素，必须保证元素唯一性。Set 接口常用实现类是HashSet、LinkedHashSet 以及 TreeSet。
另外 List 支持for循环，也就是通过下标来遍历，也可以用迭代器，但是set只能用迭代，因为他无序，无法用下标来取得想要的值。
Set和List对比
Set：检索元素效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变。
List：和数组类似，List可以动态增长，查找元素效率高，插入删除元素效率低，因为会引起其他元素位置改变
Set接口
HashSet 的实现原理？
HashSet 是基于 HashMap 实现的，HashSet的值存放于HashMap的key上，HashMap的value统一为PRESENT，因此 HashSet 的实现比较简单，相关 HashSet 的操作，基本上都是直接调用底层
HashMap 的相关方法来完成，HashSet 不允许重复的值。
HashSet如何检查重复？HashSet是如何保证数据不可重复的？
向HashSet 中add ()元素时，判断元素是否存在的依据，不仅要比较hash值，同时还要结合equles 方法比较。
HashSet 中的add ()方法会使用HashMap 的put()方法。
HashMap 的 key 是唯一的，由源码可以看出 HashSet 添加进去的值就是作为 HashMap 的key，并且在HashMap中如果K/V相同时，会用新的V覆盖掉旧的V，然后返回旧的V。所以不会重复（ HashMap比较key是否相等是先比较 hashcode 再比较equals ）
以下是HashSet 部分源码：
private static fina1 object PRESENT = new
object() ;
private transient HashMap<E, object> map;
public HashSetO) {
map = new HashMap () ;
}
public boolean add(E e) {
//调用HashMap的put方法，, PRESENT是一个至始至终都相同的虛值
return map. put(e，PRESENT)= =nu11 ;
}
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
HashSet与HashMap的区别
| HashMap | HashSet |
|---|---|
| 实现了Map接口 | 实现了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Set 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，如果两个对象不同的话，那 么返回 false |
| HashMap 相对于HashSet 较快，因为它是使用唯一的键获取对象 | HashSet 较HashMap 来说比较慢 |
Queue
BlockingQueue是什么？
Java.util.concurrent.BlockingQueue是一个队列，在进行检索或移除一个元素的时候，它会等待队列变为非空；当在添加一个元素时，它会等待队列中的可用空间。BlockingQueue接口是Java集合框架的一部分，主要用于实现生产者-消费者模式。我们不需要担心等待生产者有可用的空间，或消费者有可用的对象，因为它都在BlockingQueue的实现类中被处理了。Java提供了集中 BlockingQueue的实现，比如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue,、SynchronousQueue等。
在 Queue 中 poll()和remove()有什么区别？
- 相同点：都是返回第一个元素，并在队列中删除返回的对象。
- 不同点：如果没有元素 poll()会返回 null，而 remove()会直接抛出 NoSuchElementException 异常。
代码示例：
Queue<String> queue = new LinkedList<String>();
queue. offer("string"); // add
System. out. println(queue. po110) ;
System. out. println(queue. remove() ) ;
System. out. println(queue. size()) ;
Map接口
说一下 HashMap 的实现原理？
HashMap概述： HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null值和null键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。
HashMap的数据结构： 在Java编程语言中， 基本的结构就是两种，一个是数组，另外一个是模拟指针（引用），所有的数据结构都可以用这两个基本结构来构造的，HashMap也不例外。HashMap实际上是一个“链表散列”的数据结构，即数组和链表的结合体。
HashMap 基于 Hash 算法实现的
- 当我们往Hashmap中put元素时，利用key的hashCode重新hash计算出当前对象的元素在数组中的下标
- 存储时，如果出现hash值相同的key，此时有两种情况。(1)如果key相同，则覆盖原始值；(2)如果key不同（出现冲突），则将当前的key-value 放入链表中
- 获取时，直接找到hash值对应的下标，在进一步判断key是否相同，从而找到对应值。
- 理解了以上过程就不难明白HashMap是如何解决hash冲突的问题，核心就是使用了数组的存储方式，然后将冲突的key的对象放入链表中，一旦发现冲突就在链表中做进一步的对比。
需要注意Jdk 1.8中对HashMap的实现做了优化，当链表中的节点数据超过八个之后，该链表会转为红黑树来提高查询效率，从原来的O(n)到O(logn)
HashMap 与 HashTable 有什么区别？
- 线程安全： 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！）； - 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 进的键值只要有一个 null，直接抛NullPointerException。
- 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。也就是说 HashMap 总是使用2的幂作为哈希表的大小。
- 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。
- 推荐使用：在 Hashtable 的类注释可以看到，Hashtable 是保留类不建议使用，推荐在单线程环境下使用 HashMap 替代，如果需要多线程使用则用 ConcurrentHashMap 替代。
如何决定使用 HashMap 还是TreeMap？
对于在Map中插入、删除和定位元素这类操作，HashMap是 好的选择。然而，假如你需要对一个有序的key集合进行遍历，TreeMap是更好的选择。基于你的collection的大小，也许向HashMap中添加元素会更快，将map换为TreeMap进行有序key的遍历
HashMap 和 ConcurrentHashMap 的区别
- ConcurrentHashMap对整个桶数组进行了分割分段(Segment)，然后在每一个分段上都用lock锁进行保护，相对于HashTable的synchronized 锁的粒度更精细了一些，并发性能更好，而HashMap没有锁机制，不是线程安全的。（JDK1.8之后ConcurrentHashMap启了一种全新的方式实现,利用
CAS算法。） - HashMap的键值对允许有null，但是ConCurrentHashMap都不允许。
辅助工具类
Array 和 ArrayList 有何区别？
- Array可以存储基本数据类型和对象，ArrayList 只能存储对象。
- Array是指定固定大小的，而ArrayList大小是自动扩展的。
- Array内置方法没有ArrayList多,比如addAll、removeAll、 iteration 等方法只有ArrayList有。
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。
如何实现 Array 和 List 之间的转换？
- Array 转 List： Arrays. asList(array) ；
- List 转 Array：List 的 toArray() 方法。
comparable 和 comparator的区别？
- comparable接口实际上是出自java.lang包，它有一个 compareTo(Object obj)方法用来排序
- comparator接口实际上是出自 java.util 包，它有一个compare(Object obj1, Object obj2)方法用来排序
一般我们需要对一个集合使用自定义排序时，我们就要重写compareTo方法或 compare方法，当我们需要对某一个集合实现两种排序方式，比如一个song对象中的歌名和歌手名分别采用一种排序方法的话，我们可以重写compareTo方法和使用自制的Comparator方法或者以两个Comparator来实现歌名排序和歌星名排序，第二种代表我们只能使用两个参数版的Collections.sort().
Collection 和 Collections 有什么区别？
- java.util.Collection 是一个集合接口（集合类的一个顶级接口）。它提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法。Collection接口在Java 类库中有很多具体的实现。Collection接口的意义是为各种具体的集合提供了 大化的统一操作方式，其直接继承接口有List与Set。
- Collections则是集合类的一个工具类/帮助类，其中提供了一系列静态方法，用于对集合中元素进行排序、搜索以及线程安全等各种操作。
Vector,ArrayList, LinkedList的区别是什么？
- Vector、ArrayList都是以类似数组的形式存储在内存中，LinkedList则以链表的形式进行存储。
- List中的元素有序、允许有重复的元素，Set中的元素无序、不允许有重复元素。
- Vector线程同步，ArrayList、LinkedList线程不同步。
- LinkedList适合指定位置插入、删除操作，不适合查找；ArrayList、Vector适合查找，不适合指定位置的插入、删除操作。
- ArrayList在元素填满容器时会自动扩充容器大小的50%，而Vector则是100%，因此ArrayList更节省空间。
HashTable, HashMap，TreeMap区别？
- HashTable线程同步，HashMap非线程同步。
- HashTable不允许<键,值>有空值，HashMap允许<键,值>有空值。
- HashTable使用Enumeration，HashMap使用Iterator。 4. HashTable中hash数组的默认大小是11，增加方式的old*2+1，HashMap中hash数组的默认大小是16，增长方式一定是2的指数倍。
- TreeMap能够把它保存的记录根据键排序，默认是按升序排序。