Java集合容器面试题

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Java常用集合类有哪些？

• 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

HashMap与HashTable的区别？

• 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K/V都为null；后者K/V都不允许为null；
• HashMap继承自AbstractMap类；而Hashtable继承自Dictionary类；

JDK1.8以后HashMap的put方法的具体流程？

当 HashMap 中有大量的元素都存放到同一个桶中时，这个桶下有一条长长的链表，这个时候 HashMap 就相当于一个单链表，假如单链表有 n 个元素，遍历的时间复杂度就是 O(n)，完全失去了它的优势。
针对这种情况，JDK 1.8 中引入了 红黑树（查找时间复杂度为 O(logn)）来优化这个问题。

ArrayList、LinkList、Vetor的区别？

List主要有ArrayList、LinkedList与Vector几种实现。

• ArrayList
  是一个可改变大小的数组.其大小可以动态地增长.内部的元素可以直接通过get与set方法进行访问,因为ArrayList本质上就是一个数组.
• LinkedList
  是一个双链表,在添加和删除元素时具有比ArrayList更好的性能.但在get与set方面弱于ArrayList.这些都是指数据量很大或者操作很频繁的情况下的对比
• Vector
  和ArrayList类似,但属于强同步类。如果你的程序本身是线程安全的(thread-safe,没有在多个线程之间共享同一个集合/对象),那么使用ArrayList是更好的选择。
• Vector和ArrayList在更多元素添加进来时会请求更大的空间。Vector每次请求其大小的双倍空间，而ArrayList每次对size增长50%.而 LinkedList 还实现了 Queue 接口,该接口比List提供了更多的方法,包offer(),peek(),poll()等. 注意:默认情况下ArrayList的初始容量非常小,所以如果可以预估数据量的话,分配一个较大的初始值属于最佳实践,这样可以减少调整大小的开销。

HashMap、HashTable的区别？

• 线程安全： HashTable 中的方法是同步的，而HashMap中的方法在默认情况下是非同步的。在多线程并发的环境下，可以直接使用HashTable，但是要使用HashMap的话就要自己增加同步处理了。
• 继承关系： HashTable是基于陈旧的Dictionary类继承来的。HashMap继承的抽象类AbstractMap实现了Map接口。
• 允不允许null值：HashTable中，key和value都不允许出现null值，否则会抛出NullPointerException异常。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。
• 默认初始容量和扩容机制： HashTable中的hash数组初始大小是11，增加的方式是old*2+1。HashMap中hash数组的默认大小是16，而且一定是2的指数。
• 哈希值的使用不同 ： HashTable直接使用对象的hashCode。 HashMap重新计算hash值。
• 遍历方式的内部实现上不同 ： Hashtable、HashMap都使用了 Iterator。而由于历史原因，Hashtable还使用了Enumeration的方式 。 HashMap 实现Iterator，支持fast-fail，Hashtable的 Iterator 遍历支持fast-fail，用 Enumeration不支持 fast-fail

HashMap 和 ConcurrentHashMap 的区别？

• ConcurrentHashMap和HashMap的实现方式不一样，虽然都是使用桶数组实现的，但是还是有区别，ConcurrentHashMap对桶数组进行了分段，而HashMap并没有。
• ConcurrentHashMap在每一个分段上都用锁进行了保护。HashMap没有锁机制。所以，前者线程安全的，后者不是线程安全的。

PS：以上区别基于jdk1.8以前的版本。

不同版本JDK的HashMap的实现的区别以及原因

（1）链表元素的插入方式不一样

• JDK1.7用的是头插法，而JDK1.8及之后使用的都是尾插法
• 因为JDK1.7是用单链表进行的纵向延伸，当采用头插法时会容易出现逆序且环形链表死循环问题。
• 在JDK1.8之后是因为加入了红黑树使用尾插法，能够避免出现逆序且链表死循环的问题。

（2）扩容后数据存储位置的计算方式不一样

• 在JDK1.7的时候是直接用hash值和需要扩容的二进制数进行&（这里就是为什么扩容的时候为啥一定必须是2的多少次幂的原因所在，因为如果只有2的n次幂的情况时最后一位二进制数才一定是1，这样能最大程度减少hash碰撞）（hash值 & length-1）
• 在JDK1.8的时候直接用了JDK1.7的时候计算的规律，也就是扩容前的原始位置+扩容的大小值=JDK1.8的计算方式，而不再是JDK1.7的那种异或的方法。但是这种方式就相当于只需要判断Hash值的新增参与运算的位是0还是1就直接迅速计算出了扩容后的储存方式。

（3）数据结构不一样

• JDK1.7的时候使用的是数组+ 单链表的数据结构。
• 在JDK1.8及之后时，使用的是数组+链表+红黑树的数据结构（当链表的深度达到8的时候，也就是默认阈值，就会自动扩容把链表转成红黑树的数据结构来把时间复杂度从O（n）变成O（logN）提高了效率）

（4）为什么在JDK1.8中HashMap把链表转化为红黑树的阈值是8？

• 由于treenodes的大小大约是常规节点的两倍，因此我们仅在容器包含足够的节点以保证使用时才使用它们，当它们变得太小（由于移除或调整大小）时，它们会被转换回普通的node节点，容器中节点分布在hash桶中的频率遵循泊松分布，桶的长度超过8的概率非常非常小。所以作者应该是根据概率统计而选择了8作为阀值（Java注释中的解释）

Hashmap的结构，1.7和1.8有哪些区别

Collection和Collections的区别

• Collection：是集合类的上层接口。本身是一个Interface，里面包含了一些集合的基本操作。Collection接口是Set接口和List接口的父接口
• Collections：Collections是一个集合框架的帮助类，里面包含一些对集合的排序，搜索以及序列化的操作。

Arrays.asList获得的List使用时需要注意什么

Arrays.asList得到的List它的长度是不能改变的。当你向这个List添加或删除一个元素时（例如 list.add(“d”);）程序就会抛出异常（java.lang.UnsupportedOperationException）。
public static List asList(T… a) {
return new ArrayList<>(a);
}

当你看到这段代码时可能觉得没啥问题啊，不就是返回了一个ArrayList对象吗？问题就出在这里。这个ArrayList不是java.util包下的，而是java.util.Arrays.ArrayList，显然它是Arrays类自己定义的一个内部类！这个内部类没有实现add()、remove()方法，而是直接使用它的父类AbstractList的相应方法。而AbstractList中的add()和remove()是直接抛出java.lang.UnsupportedOperationException异常的！

Fail-fast和Fail-safe

• 线程不安全的类，并发情况下可能会出现快速失败；线程安全的类，可能会出现安全失败
• 一个线程在遍历，另一个线程在添加、删除或修改，就会出现并发修改的问题
• 当遍历时检测到并发修改，就会抛出异常：concurrentmodificationException，这就是快速失败
• ArrayList.iterator()返回一个迭代器对象，其中使用一个int类型的expectedModCount记录状态，当发生添加、删除、修改操作时会更改这个值，当遍历时调用next()会检查这个值跟开始遍历时是否一致，发现expectedModCount发生了变化，就意味着有并发修改，这时候就抛出异常iterator.remove()方法没有进行modCount值的检查，并且手动把expectedModCount值修改成了modCount值，这又保证了下一次迭代的正确。
• fail-safe是一个概念，并发容器的并发修改不会抛出异常，这和其实现有关。并发容器的iterate方法返回的iterator对象，内部都是保存了该集合对象的一个快照副本，并且没有modCount等数值做检查。这也造成了并发容器的iterator读取的数据是某个时间点的快照版本。你可以并发读取，不会抛出异常，但是不保证你遍历读取的值和当前集合对象的状态是一致的！这就是安全失败的含义。

CopyOnWriteArrayList、ConcurrentSkipListMap

• ConcurrentSkipListMap和ConcurrentSkipListSet是TreeMap和TreeSet的有序容器的并发版本
• ConcurrentSkipListMap的底层是通过跳表来实现的。跳表（Skiplist）是一个链表，但是通过使用“跳跃式”查找的方式使得插入、读取数据时复杂度变成了O（logn），跳表以空间换时间，是基于链表实现的一种类似“二分”的算法。
• CopyOnWriteArrayList使用了一种叫写时复制的方法，当有新元素添加到CopyOnWriteArrayList时，先从原有的数组中拷贝一份出来，然后在新的数组做写操作，写完之后，再将原来的数组引用指向到新数组，合适读多写少的场景

ConcurrentSkipListMap与CopyOnWriteArrayList

Hashmap 什么时候进行扩容呢？

• 默认大小为16、负载因子为0.75，即超过12就扩容，容量扩大一倍
• 新建hashmap时设置初始大小，假如有1000个元素，不能设置1000，因为元素数量为750时就会自动扩容，要避免自动扩容，要让元素数量不超过初始容量的0.75
• 扩容时会重新计算元素在数组中的位置，尽量避免扩容
• Hash的公式—> index = HashCode（Key） & （Length - 1）
• 因为resize的赋值方式，也就是使用了单链表的头插入方式，同一位置上新元素总会被放在链表的头部位置，在旧数组中同一条Entry链上的元素，通过重新计算索引位置后，有可能被放到了新数组的不同位置上。会形成环形列表。
• 使用头插会改变链表的上的顺序，但是如果使用尾插，在扩容时会保持链表元素原本的顺序，就不会出现链表成环的问题了。Java8在同样的前提下并不会引起死循环，原因是扩容转移后前后链表顺序不变，保持之前节点的引用关系。

HashMap的默认初始化长度是多少？为什么?

• 默认是16，可以是其他2的幂
• hash函数可以将任意长度的输入经过变化以后得到固定长度的输出，如果两个元素不相同，但是hash函数的值相同，这两个元素就是一个碰撞
• 为了减少hash值的碰撞，需要实现一个尽量均匀分布的hash函数，在HashMap中index = key的hashcode值 & length-1
• 长度16或者其他2的幂时，length - 1的值是所有二进制位全为1，这种情况下index的结果等同于hashcode后几位的值，只要输入的hashcode本身分布均匀,hash算法的结果就是均匀的
• 所以HashMap的默认长度为16，是为了降低hash碰撞的几率

哈希表如何解决Hash冲突？