Java集合相关面试题

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  • 本文引自黑马程序员Java面试宝典

有关Java集合内容可以看Java集合详解

文章目录

      • 面试官:说一说Java提供的常见集合?(画一下集合结构图)
      • 面试官:ArrayList底层是如何实现的?
      • 面试官:ArrayList list=new ArrayList(10)中的list扩容几次
      • 面试官:如何实现数组和List之间的转换
      • 面试官:用Arrays.asList转List后,如果修改了数组内容,list受影响吗?List用toArray转数组后,如果修改了List内容,数组受影响吗
      • 面试官:ArrayList 和 LinkedList 的区别是什么?
      • 面试官:嗯,好的,刚才你说了ArrayList 和 LinkedList 不是线程安全的,你们在项目中是如何解决这个的线程安全问题的?
      • 面试官:说一下HashMap的实现原理?
      • 面试官:HashMap的jdk1.7和jdk1.8有什么区别
      • 面试官:好的,你能说下HashMap的put方法的具体流程吗?
      • 面试官:好的,刚才你多次介绍了hsahmap的扩容,能讲一讲HashMap的扩容机制吗?
      • 面试官:好的,刚才你说的通过hash计算后找到数组的下标,是如何找到的呢,你了解hashMap的寻址算法吗?
      • 面试官:为何HashMap的数组长度一定是2的次幂?
      • 面试官:好的,我看你对hashmap了解的挺深入的,你知道hashmap在1.7情况下的多线程死循环问题吗?
      • 面试官:好的,hashmap是线程安全的吗?
      • 面试官:那我们想要使用线程安全的map该怎么做呢?
      • 面试官:那你能聊一下ConcurrentHashMap的原理吗?
      • 面试官:HashSet与HashMap的区别?
      • 面试官:HashTable与HashMap的区别

面试官:说一说Java提供的常见集合?(画一下集合结构图)

候选人

嗯~~,好的。

在java中提供了量大类的集合框架,主要分为两类:

第一个是Collection 属于单列集合,第二个是Map 属于双列集合

  • 在Collection中有两个子接口List和Set。在我们平常开发的过程中用的比较多像list接口中的实现类ArrarList和LinkedList。 在Set接口中有实现类HashSet和TreeSet。
  • 在map接口中有很多的实现类,平时比较常见的是HashMap、TreeMap,还有一个线程安全的map:ConcurrentHashMap

面试官:ArrayList底层是如何实现的?

候选人

嗯~,我阅读过arraylist的源码,我主要说一下add方法吧

第一:确保数组已使用长度(size)加1之后足够存下下一个数据

第二:计算数组的容量,如果当前数组已使用长度+1后的大于当前的数组长度,则调用grow方法扩容(原来的1.5倍)

第三:确保新增的数据有地方存储之后,则将新元素添加到位于size的位置上。

第四:返回添加成功布尔值。

面试官:ArrayList list=new ArrayList(10)中的list扩容几次

候选人

​ 是new了一个ArrarList并且给了一个构造参数10,对吧?(问题一定要问清楚再答)

面试官:是的

候选人

​ 好的,在ArrayList的源码中提供了一个带参数的构造方法,这个参数就是指定的集合初始长度,所以给了一个10的参数,就是指定了集合的初始长度是10,这里面并没有扩容。

面试官:如何实现数组和List之间的转换

候选人

​ 嗯,这个在我们平时开发很常见

​ 数组转list,可以使用jdk自动的一个工具类Arrars,里面有一个asList方法可以转换为数组

​ List 转数组,可以直接调用list中的toArray方法,需要给一个参数,指定数组的类型,需要指定数组的长度。

面试官:用Arrays.asList转List后,如果修改了数组内容,list受影响吗?List用toArray转数组后,如果修改了List内容,数组受影响吗

候选人

Arrays.asList转换list之后,如果修改了数组的内容,list会受影响,因为它的底层使用的Arrays类中的一个内部类ArrayList来构造的集合,在这个集合的构造器中,把我们传入的这个集合进行了包装而已,最终指向的都是同一个内存地址

list用了toArray转数组后,如果修改了list内容,数组不会影响,当调用了toArray以后,在底层是它是进行了数组的拷贝,跟原来的元素就没啥关系了,所以即使list修改了以后,数组也不受影响

面试官:ArrayList 和 LinkedList 的区别是什么?

候选人

嗯,它们两个主要是底层使用的数据结构不一样,ArrayList 是动态数组,LinkedList 是双向链表,这也导致了它们很多不同的特点。

1,从操作数据效率来说

ArrayList按照下标查询的时间复杂度O(1)【内存是连续的,根据寻址公式】, LinkedList不支持下标查询

查找(未知索引): ArrayList需要遍历,链表也需要链表,时间复杂度都是O(n)

新增和删除

  • ArrayList尾部插入和删除,时间复杂度是O(1);其他部分增删需要挪动数组,时间复杂度是O(n)
  • LinkedList头尾节点增删时间复杂度是O(1),其他都需要遍历链表,时间复杂度是O(n)

2,从内存空间占用来说

ArrayList底层是数组,内存连续,节省内存

LinkedList 是双向链表需要存储数据,和两个指针,更占用内存

3,从线程安全来说,ArrayList和LinkedList都不是线程安全的

面试官:嗯,好的,刚才你说了ArrayList 和 LinkedList 不是线程安全的,你们在项目中是如何解决这个的线程安全问题的?

候选人

嗯,是这样的,主要有两种解决方案:

第一:我们使用这个集合,优先在方法内使用,定义为局部变量,这样的话,就不会出现线程安全问题。

第二:如果非要在成员变量中使用的话,可以使用线程安全的集合来替代

ArrayList可以通过Collections 的 synchronizedList 方法将 ArrayList 转换成线程安全的容器后再使用。

LinkedList 换成ConcurrentLinkedQueue来使用

面试官:说一下HashMap的实现原理?

候选人

​ 嗯。它主要分为了一下几个部分:

1,底层使用hash表数据结构,即数组+(链表 | 红黑树)

2,添加数据时,计算key的值确定元素在数组中的下标

​ key相同则替换

​ 不同则存入链表或红黑树中

3,获取数据通过key的hash计算数组下标获取元素

面试官:HashMap的jdk1.7和jdk1.8有什么区别

候选人

  • JDK1.8之前采用的拉链法,数组+链表

  • JDK1.8之后采用数组+链表+红黑树,链表长度大于8且数组长度大于64则会从链表转化为红黑树

面试官:好的,你能说下HashMap的put方法的具体流程吗?

候选人

嗯好的。

  1. 判断键值对数组table是否为空或为null,否则执行resize()进行扩容(初始化)

  2. 根据键值key计算hash值得到数组索引

  3. 判断table[i]==null,条件成立,直接新建节点添加

  4. 如果table[i]==null ,不成立

4.1 判断table[i]的首个元素是否和key一样,如果相同直接覆盖value

4.2 判断table[i] 是否为treeNode,即table[i] 是否是红黑树,如果是红黑树,则直接在树中插入键值对

4.3 遍历table[i],链表的尾部插入数据,然后判断链表长度是否大于8,大于8的话把链表转换为红黑树,在红黑树中执行插入操 作,遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value

  1. 插入成功后,判断实际存在的键值对数量size是否超多了最大容量threshold(数组长度*0.75),如果超过,进行扩容。

面试官:好的,刚才你多次介绍了hsahmap的扩容,能讲一讲HashMap的扩容机制吗?

候选人

好的

  • 在添加元素或初始化的时候需要调用resize方法进行扩容,第一次添加数据初始化数组长度为16,以后每次每次扩容都是达到了扩容阈值(数组长度 * 0.75)

  • 每次扩容的时候,都是扩容之前容量的2倍;

  • 扩容之后,会新创建一个数组,需要把老数组中的数据挪动到新的数组中

  • 没有hash冲突的节点,则直接使用 e.hash & (newCap - 1) 计算新数组的索引位置

  • 如果是红黑树,走红黑树的添加

  • 如果是链表,则需要遍历链表,可能需要拆分链表,判断(e.hash & oldCap)是否为0,该元素的位置要么停留在原始位置,要么移动到原始位置+增加的数组大小这个位置上

面试官:好的,刚才你说的通过hash计算后找到数组的下标,是如何找到的呢,你了解hashMap的寻址算法吗?

候选人

这个哈希方法首先计算出key的hashCode值,然后通过这个hash值右移16位后的二进制进行按位异或运算得到最后的hash值。

在putValue的方法中,计算数组下标的时候使用hash值与数组长度取模得到存储数据下标的位置,hashmap为了性能更好,并没有直接采用取模的方式,而是使用了数组长度-1 得到一个值,用这个值按位与运算hash值,最终得到数组的位置。

面试官:为何HashMap的数组长度一定是2的次幂?

候选人

嗯,好的。hashmap这么设计主要有两个原因:

第一:

计算索引时效率更高:如果是 2 的 n 次幂可以使用位与运算代替取模

第二:

扩容时重新计算索引效率更高:在进行扩容是会进行判断 hash值按位与运算旧数组长租是否 == 0

如果等于0,则把元素留在原来位置 ,否则新位置是等于旧位置的下标+旧数组长度

面试官:好的,我看你对hashmap了解的挺深入的,你知道hashmap在1.7情况下的多线程死循环问题吗?

候选人

嗯,知道的。是这样

jdk7的的数据结构是:数组+链表

在数组进行扩容的时候,因为链表是头插法,在进行数据迁移的过程中,有可能导致死循环

比如说,现在有两个线程

线程一:读取到当前的hashmap数据,数据中一个链表,在准备扩容时,线程二介入

线程二也读取hashmap,直接进行扩容。因为是头插法,链表的顺序会进行颠倒过来。比如原来的顺序是AB,扩容后的顺序是BA,线程二执行结束。

当线程一再继续执行的时候就会出现死循环的问题。

线程一先将A移入新的链表,再将B插入到链头,由于另外一个线程的原因,B的next指向了A,所以B->A->B,形成循环。

当然,JDK 8 将扩容算法做了调整,不再将元素加入链表头(而是保持与扩容前一样的顺序),尾插法,就避免了jdk7中死循环的问题。

面试官:好的,hashmap是线程安全的吗?

候选人:不是线程安全的

面试官:那我们想要使用线程安全的map该怎么做呢?

候选人:我们可以采用ConcurrentHashMap进行使用,它是一个线程安全的HashMap

面试官:那你能聊一下ConcurrentHashMap的原理吗?

候选人:好的,请参考《多线程相关面试题》中的ConcurrentHashMap部分的讲解

面试官:HashSet与HashMap的区别?

候选人:嗯,是这样。

HashSet底层其实是用HashMap实现存储的, HashSet封装了一系列HashMap的方法. 依靠HashMap来存储元素值,(利用hashMap的key键进行存储), 而value值默认为Object对象. 所以HashSet也不允许出现重复值, 判断标准和HashMap判断标准相同, 两个元素的hashCode相等并且通过equals()方法返回true.

面试官:HashTable与HashMap的区别

候选人

嗯,他们的主要区别是有几个吧

第一,数据结构不一样,hashtable是数组+链表,hashmap在1.8之后改为了数组+链表+红黑树

第二,hashtable存储数据的时候都不能为null,而hashmap是可以的

第三,hash算法不同,hashtable是用本地修饰的hashcode值,而hashmap经常了二次hash

第四,扩容方式不同,hashtable是当前容量翻倍+1,hashmap是当前容量翻倍

第五,hashtable是线程安全的,操作数据的时候加了锁synchronized,hashmap不是线程安全的,效率更高一些

在实际开中不建议使用HashTable,在多线程环境下可以使用ConcurrentHashMap类

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