Java集合的常见面试题（全）

前言

关于java集合的一些知识点可看我之前的文章进行预习
javaSE从入门到精通的二十万字总结（二）

下面的博文主要是java集合中的一些常见面试题以及一些知识点

常用的集合类有哪些

可以通过如上所示
主要的两个大类有Map接口和Collection接口

实现类	底层元素
Arraylist	底层是数组。
LinkedList	底层是双向链表。
Vector	底层是数组，线程安全的，效率较低，使用较少。
HashSet	底层是HashMap，放到 HashSet集合中的元素等同于放到HashMap集合key部分了。
TreeSet	底层是TreeMap，放到 TreeSet集合中的元素等同于放到TreeMap集合key部分了。
HashMap	底层是哈希表。
Hashtable	底层也是哈希表，只不过线程安全的，效率较低，使用较少。
Properties	是线程安全的，并且 key 和value只能存储字符串String。
TreeMap	底层是二叉树。TreeMap集合的 key可以自动按照大小顺序排序。

集合底层数据结构

• list接口主要常用的实现类有

1. ArrayList集合底层采用了数组这种数据结构，非线程安全。
2. LinkedList集合底层采用了双向链表的数据结构
3. Vector集合底层采用了数组这种数据结构，线程安全的，所有的方法都有synchronized关键字修饰，比较安全但效率低，所以使用率低

• set接口主要常用的实现类有

1. HashSet集合在new的时候，底层实际上new了一个HashMap集合。向HashSet集合中存储元素，实际上是存储到HashMap集合中，HashMap集合是一个哈希表数据结构
2. TreeSet集合实际是TreeMap，new TreeSet集合的时候，底层实际上new了一个TreeMap集合，和上面同理。采用了二叉树数据结构

Map集合和Collection集合没有关系，存储的方式不同
所有Map集合key元素无序不可重复
Map接口的常用实现类有

• HashMap集合底层是哈希表数据结构，非线程安全
• Hashtable集合是哈希表数据结构，线程安全，所有的方法都有synchronized关键字，效率比较低，使用比较少了
• 还有一个接口SortedMap，本身不可重复无序，但是此处有自动排序，按照大小进行排序。此接口的实现类有TreeMap（二叉树结构）

ArrayList 和 LinkedList 的区别

这部分的知识主要涉及数组和双向链表的区别
两者都是不保证线程安全

再讲这部分知识的时候，涉及单链表和双向链表以及对比线性表的区别
可查看我之前写过的文章
【数据结构】顺序表及链表详细分析（全）

具体涉及单链表和双链表的创建可查看这篇代码
【leetcode】链表-设计链表（单双链表全）

HashSet 如何检查重复

当你把对象加⼊ HashSet 时，HashSet 会先计算对象的 hashcode 值来判断对象加⼊的位置，同时也会与其他加⼊的对象的 hashcode 值作⽐较，如果没有相符的 hashcode，HashSet 会假设对象没有重复出现。
但是如果发现有相同 hashcode 值的对象，这时会调⽤ equals() ⽅法来检查 hashcode 相等的对象是否真的相同。如果两者相同，HashSet 就不会让加⼊操作成功。

HashSet与HashMap的区别

HashMap	HashSet
实现Map接口	实现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 ，而HashSet使用成员对象来计算hashcode值

HashMap相对于HashSet较快，因为它是使用唯一的键获取对象

HashMap 和 Hashtable 的区别

1. 线程是否安全： HashMap 是⾮线程安全的，HashTable 是线程安全的,因为 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！）；
2. 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
3. 对 Null key 和 Null value 的⽀持： HashMap 可以存储 null 的 key 和 value，但 null 作为键只能有⼀个，null 作为值可以有多个；HashTable 不允许有 null 键和 null 值，否则会抛出 NullPointerException
4. 初始容量⼤⼩和每次扩充容量⼤⼩的不同 ：
   创建时如果不指定容量初始值， 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。
   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 的底层实现

JDK1.8 之前 HashMap 底层是 数组和链表 结合在⼀起使⽤也就是 链表散列

JDK1.8 之后在解决哈希冲突时有了较⼤的变化，当链表⻓度⼤于阈值（默认为8）（将链表转换成红⿊树前会判断，如果当前数组的⻓度⼩于 64，那么会选择先进⾏数组扩容，⽽不是转换为红⿊树）时，将链表转化为红⿊树，以减少搜索时间

补充：红黑树转换是链表节点大于8且数组长度大于64

TreeMap、TreeSet 以及 JDK1.8 之后的 HashMap 底层都⽤到了红⿊树。红⿊树就是为了解决⼆叉
查找树的缺陷，因为⼆叉查找树在某些情况下会退化成⼀个线性结构

HashMap 的长度为什么是 2 的幂次方

为了能让 HashMap 存取⾼效，尽量较少碰撞，也就是要尽量把数据分配均匀
⽤之前还要先做对数组的⻓度取模运算，得到的余数才能⽤来要存放的位置也就是对应的数组下标。这个数组下标的计算⽅法是“ (n - 1) & hash ”。

hash%length==hash&(length-1)的前提是 length 是 2的 幂次⽅

ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别

• 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

HashMap源码细节

1.8之前的版本：数组+链表（使用了拉链法解决冲突）
1.8之后的版本：链表长度大于8的阈值，如果数组长度要大于64（转化为红黑树），如果数组长度小于64（扩容树组）

初始化的容量为16，扩容的时候为原来的2倍

加载因子0.75：
加载因子是控制数组存放数据的疏密程度

• 接近1的时候，数组数据密集，让其链表长度增加
• 接近0的时候，数组数据稀疏，链表长度不长

以上两种，加载因子过大，导致元素查找效率降低（链表过长），利用率低。加载因子过小，利用率低（存放数据过于稀疏）。
综上所述，0.75的加载因子是很好的临界值

通过这个加载因子来考虑什么时候扩容：threshold = capacity * loadFactor
如果size大于等于threshold的时候，对数组进行扩容

put函数：（注意两者之后的区别）

• 1.7版本：
  定位到的数组如果没有元素，则直接插入。如果有元素，则以这个元素为头结点，依次插入key比较，如果相同弄则进行覆盖（更新），不同则用头插法

• 1.8版本：
  定位道德数组如果没有元素，则直接插入。如果有元素，则则以这个元素为头结点，依次插入key比较，如果相同弄则进行覆盖，不同则判断该节点是否为树节点，调用树的put节点将元素加入，如果不是则遍历链表之后进行尾结点插入

get函数此处比较简单（省略）

resize函数：

每次的resize都要进行重新hash分配，并且会遍历hash表中的所有元素，比较耗时

ConcurrentHashMap源码细节

1.8以前的版本：分段锁+数组+链表

以下为1.8的版本：数组+链表+红黑树

put函数：

1. 通过key计算出hashcode，判断是否需要初始化
2. 通过定位的key写入数组中，如果数组为空，则通过CAS进行写入。如果当前数组的位置不存在，则通过扩容。
3. 以上情况都不满足则通过synchronized锁进行写入。数量如果大于TREEIFY_THRESHOLD 则进行树形化，在treeifyBin函数中判断数组长度，大于64才会转为红黑树

get函数：

1. 计算hash值，找到指定位置，如果头结点符合，则返回value值
2. 头结点hash值小于0，说明正在扩容或者红黑树
3. 如果是链表，则进行遍历

Array 和 ArrayList 的区别

Array 可以存储基本数据类型和对象，存储的数据都是固定大小
ArrayList 只能存储对象，存储的数据大小可以自动扩展

Collection 和 Collections的区别

Collection 提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法。其直接继承接口有List与Set
Collections是工具类，主要功能有用于对集合中元素进行排序、搜索以及线程安全等