Java面试总结——集合篇

                                               摘自javaguide的集合总体框架图：        

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一、单列集合汇总 

List, Set, Queue, Map 的区别

• List：底层基于object[]数组，存储的元素有序、可重复。

• Set：底层基于HashMap实现，存储的元素无序，不可重复。

• Queue：单端队列，存储的元素有序、可重复。

• Map：使用键值对（key-value）存储，key 是无序的、不可重复的。

HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet 的异同

• 三者都是Set 接口的实现类，都能保证元素唯一，并且都不是线程安全的。
• 三者主要区别在于底层实现的数据结构不同：
  • HashSet底层基于哈希表，元素具有唯一性。
  • LinkedHashSet底层基于链表和哈希表，元素具有唯一性和有序性(元素顺序满足FIFO)
  • TreeSet底层基于红黑树，支持对元素自定义排序规则。

ArrayList 和 Array（数组）的区别？

• Array的大小固定；ArrayList可以动态扩容。
• ArrayList允许使用泛型确保类型安全；Array不行。
• ArrayList具备基本的增删改查操作；Array只能下标进行查询，没有动态增删改元素的能力。
• Array既可以存储基本数据类型也可以存储对象；ArrayList只能存储对象，对于基本数据类型，需要将其转化为对应的包装类。

ArrayList 与 LinkedList 区别?

• 底层数据结构：ArrayList底层使用object[]数组，LinkedList底层使用双向链表。
• 是否支持快速随机访问：ArrayList支持，LinkedList不支持。
• 插入和删除是否受元素位置的影响：
  • ArrayList添加元素时默认添加至列表尾部，此时时间复杂度为O(1)；但如果在指定位置添加和删除元素时，时间复杂度为O(n)。
  • LinkedList在头尾插入和删除时时间复杂度为O(1)；但如果在指定位置插入删除元素时间复杂度为O(n)。

ArrayList扩容机制

ArrayList三个构造函数：

• ArrayList() 默认创建长度为0的数组。

• ArrayList(int initialCapacity) 创建指定容量的数组。

• ArrayList(Collection c) 使用集合c的大小作为数组容量。

        首次向集合中 add 单个元素时，集合扩容为10，再次扩容为上次的1.5倍。(扩容使用的是位运算，奇数*1.5向下取整)。

        首次向集合a中 addAll 集合b的元素时，集合a扩容为max(10,集合b的元素个数) ，接着再向集合a中 addAll 集合c的元素时，集合a扩容为max(集合a容量的1.5倍，集合c的元素个数)。

        位运算的速度远远快于整除运算，整句运算式的结果就是将新容量更新为旧容量的1.5倍：

int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

ArrayList扩容机制描述：

        ArrayList是一个数组结构的存储容器，默认数组长度是10，也可以在初始构建的时候指定长度。随着不断地向容器中添加元素，当达到上限时，ArrayList会自动进行扩容，扩容流程如下：首先会创建一个新的数组，长度为原始数组的1.5倍(使用位运算)，然后使用Arrays.copy方法将老数组的元素copy到新数组中，再将需要添加的新元素添加到新数组中。

Comparable 和 Comparator 的区别

        Comparable和Comparator都是接口，都可以用来进行比较、排序，可以将Comparable理解为“内部比较器”，Comparator理解为“外部比较器”。

• 实现方式：
  • Comparable可以直接在需要进行排序的实体类中实现，重写compateTo方法即可。
  • Comparator需要另外创建一个实现Comparator接口的实现类来作为“比较器”，并在排序时将比较器作为参数传入。
• 各自的优缺点：
  • Comparable 实现比较简单，但是需要修改源代码。
  • Comparator需要新建比较器类，较为复杂，但是不需要修改源代码，并且新建的比较器类可以供多个对象排序使用。

具体参考这篇文章 Comparable和Comparator区别

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 二、双列集合汇总

为什么要使用HashMap，底层原理是什么？

        HashMap是一个集合了查询效率和增删效率的容器，内部存的都是一个个键值对，可以通过访问键值对其进行访问和修改。

• 在jdk1.8以前，HashMap底层是数组+链表的结构，当发生哈希冲突时，会采用头插法将元素插入链表中。
• 从jdk1.8之后，HashMap底层是数组+链表+红黑树的结构，发生哈希冲突时采用尾插法将元素插入链表中，并且当链表长度大于阈值(默认为8)时，会将链表改为红黑树进行存储。

HashMap 中 hash 值的作用？

        HashMap 中的 hash 值是由hash函数产生的，所有键值对存放的位置都是由 hash值和(length-1) 与运算得到的(length必须为2的幂次方，此时与运算等价于对length-1取模)。因此，简单来说hash值就是用来定位某键值对在HashMap中存放的位置的。

HashMap 中的数组长度为什么必须是 2 的幂次方？

        length为2的幂次方可以确保(length-1)的二进制低位都是1，此时hash&(length-1) 等价于 hash%(length-1) ，并且位运算的效率较高。

JDK 1.7中HashMap 为什么会形成死循环？

        JDK 1.7中在链表中添加元素的方式是头插法，当两个线程同时对HashMap进行扩容操作时，可能会形成环形链表，产生死循环。JDK 1.7中采用了尾插法来避免链表导致，从而避免产生环形链表。

        具体来说：HashMap扩容时，会将旧HashMap的数据移植到 扩容的新HashMap中，而由于链表的插入方式是头插法，a->b->c 会变成 c->b->a ，旧线程仍然认为a节点后面是b，而b节点后面已经是a了，这里就会产生死循环。

HashMap和Hashtable的区别

• 线程安全与效率：
  • HashMap线程不安全，但效率相对较高。
  • Hashtable线程安全，效率相对较低。
• 对 Null 的支持：
  • HashMap可以存储null值，键只能存一个(对应的key为0)，值可以存多个。
  • Hashtable不可以存储null键和null值。
• 初始容量大小和每次扩容大小：
  • 不指定容量：
    • HashMap默认初始化大小为 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。
  • 指定容量：
    • HashMap会将指定容量扩充为 2 的幂次方大小，即HashMap总是使用 2 的幂作为哈希表的大小。
    • Hashtable直接使用指定的容量。
• 扩容方式不同：当容量不足时要进行resize方法，而resize有两个步骤：
  • ①扩容：两者扩容大小不一样。
  • ②rehash：两者都会重新计算hash值，而两者计算hash的值的方式也不同。(如下代码)

//hashMap计算hash值
static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }
//而hashtable直接使用hashcode值作为最终的hash值

• 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只使用链表解决哈希冲突。

HashSet 如何检查重复

        当我们将对象加入HashSet时，HashSet会计算该对象的hashcode值，并与HashSet中其他对象作比较：若没有hashcode相同的对象，则该对象不重复，允许加入；若有hashcode相同的对象，还需要使用equals()方法检查两对象是否真的相同，如果相同则不允许加入该对象。

ps：

• hashcode是某个对象的哈希值，相同对象的hashcode值一定相同，不同对象的hashcode值也有可能相同(即哈希冲突)。