JAVA 学习 面试（八）集合类

集合类

集合（Collection）

1、 List列表 ： 有序 可重复

1、ArrayList : 数组列表 ，内部是通过Array实现，对数据列表进行插入、删除操作时都需要对数组进行拷贝并重排序，因此在知道存储数据量时，尽量初始化初始容量，提升性能 。
2、LinkedList : 双向链表  每个元素都有指向前后元素的指针，顺序读取的效率较高，随机读取的效率较低 
3、Vector : 向量 ， 线程安全的列表，与ArrayList 一样也是通过数组实现的
4、Stack : 栈 ， 后进先出 LIFO ， 继承自Vector，也是用数组，线程安全的栈

类型	底层实现	线程安全	扩容方式	特点
ArrayList	数组	否	初始容量是 10，扩容因子是 0.5	查询快，增删慢
LinkedList	链表	否	没有扩容的机制	查询慢，增删快
Vector	数组	是	默认初始容量为10，扩容因子是 1	查询快，增删慢

2、Queue队列：有序 可重复

1、ArrayDeque :  数组实现的的双端队列， 可以在队列两端插入和删除元素 
2、LinkedList : 也属于双端队列 
3、PriorityQueue : 优先队列  ，数组实现的二叉树， 完全二叉树实现的小顶堆(可改变比较方法)

3、Set集合： 无序 不重复

1、HashSet 基于哈希实现的集合， 链表形式
2、LinkedHashSet 
3、TreeSet 红黑树结构 

类型	底层实现	线程安全	扩容方式	特点
HashSet	基于HashMap实现	否	添加元素时，table数组扩容为16，加载因子为0.75	无序
LinkedHashSet	基于LinkedHashMap	否	初始容量为16，临界值为12，以后再次扩容，扩容2倍	有序
TreeSet	基于TreeMap实现	否	容量翻倍	有序

集合（Collection）和数组的区别

• 2、数组的长度是固定的，集合长度是可以改变的，提供很多成员方法。
• 3、数组的存放的类型只能是一种（基本类型/引用类型），集合存放的类型可以不是一种(不加泛型时添加的类型是Object)。（当将元素放入集合时，它们会被转换成Object类型，之后在访问集合中的元素时需要进行强制类型转换。这种设计虽然方便，但也带来了类型不安全的隐患，以及类型转换的性能损失。）
• 4、数组是java语言中内置的数据类型,是线性排列的,执行效率或者类型检查都是最快的。

工具

• 遍历集合：Iterator 和 Enumeration
• 操作集合：Arrays 和 Collections

Map

1、HashMap 哈希映射 无序 ， key 和 value 都可以为null 
2、TreeMap 红黑树实现的, 可排序， 红黑树是一种自平衡二叉查找树
3、LinkedHashMap  链表映射 ，继承于HashMap,又实现了双向链表的特性 ，保留了元素插入顺序 

类型	底层实现	线程安全	扩容方式	特点
HashMap	数组+红黑树	否	初始容量是 16，2倍扩容	无序集合
LinkedHashMap	基于HashMap，并自己维持了一个双向链表，按照插入顺序进行访问，实现了LRU算法	否	初始容量是 16，2倍扩容	有序集合
CocurrentHashMap	Segments数组+ReentrantHashMap(作为互斥锁来控制并发访问)+链表，采用分段锁保证安全	是	链表元素超8个，数组大小超64，转红黑树	无序集合，性能比HashTable好
HashTable	数组+链表	是	初始大小为11，扩容为2n+1	无序集合
TreeMap	基于红黑树	不	2倍	有序集合

• List：有序、可重复。
• Set：无序、不可重复的集合。重复元素会覆盖掉。
• Map：键值对，键唯一、值不唯一。Map 集合中存储的是键值对，键不能重复，值可以重复。

LinkedHashMap

LinkedHashMap继承自 HashMap，在 HashMap 基础上，通过维护一条双向链表，解决了 HashMap 不能随时保持遍历顺序和插入顺序一致的问题。在一些场景下，该特性很有用，比如缓存。

LinkedHashMap实现LRU

accessOrder用于决定具体的迭代顺序：

当accessOrder标志位为true时，put和get方法均有调用recordAccess方法，将当前访问的Entry（put进来的Entry或get出来的Entry）移到双向链表的尾部，双向链表中的元素按照访问的先后顺序排列。

当标志位accessOrder的值为false时，只有put方法会调用recordAccess，即每次put到LinkedHashMap中的Entry都放在双向链表的尾部，按照Entry插入LinkedHashMap到中的先后顺序排序

public class LRU<K,V> extends LinkedHashMap<K, V> implements Map<K, V>{
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    public LRU(int initialCapacity,
             float loadFactor,
                        boolean accessOrder) {
        super(initialCapacity, loadFactor, accessOrder);
    }
 
    /** 
     * @description 重写LinkedHashMap中的removeEldestEntry方法，当LRU中元素多余6个时，
     *              删除最不经常使用的元素 **/
    @Override
    protected boolean removeEldestEntry(java.util.Map.Entry<K, V> eldest) {
        // TODO Auto-generated method stub
        if(size() > 6){
            return true;
        }
        return false;
    }
    public static void main(String[] args) {
        LRU<Character, Integer> lru = new LRU<Character, Integer>(
                16, 0.75f, true);
        String s = "abcdefghijkl";
        for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
            lru.put(s.charAt(i), i);
        }
        System.out.println("LRU中key为h的Entry的值为： " + lru.get('h'));
        System.out.println("LRU的大小 ：" + lru.size());
        System.out.println("LRU ：" + lru);
    }
}

hashMap和LinkedHashMap区别

• 插入顺序：HashMap不保证映射的顺序，而LinkedHashMap会根据元素插入的顺序维护一个双向链表，因此保证了映射的顺序，可以通过get操作访问元素的插入顺序。
• 迭代顺序：LinkedHashMap迭代元素的顺序是插入顺序，而HashMap的迭代顺序是随机的。
• 性能：由于LinkedHashMap在底层额外维护了一个双向链表，因此在插入或删除元素时需要更多的操作，因此LinkedHashMap的性能通常比HashMap要低，内存占用通常比HashMap要高一些。

hashMap和TreeMap区别

• 插入顺序：HashMap不保证映射的顺序，而TreeMap会根据元素的键值进行排序，因此保证了映射的顺序。
• 元素访问时间复杂度：HashMap的元素访问时间复杂度是常数级别的，即O(1)，而TreeMap的元素访问时间复杂度是基于红黑树的复杂度，通常是O(log(n))。
• 键的类型：HashMap可以使用任何类型的对象作为键，只要它们能正确的实现hashCode()和equals()方法，而TreeMap的键必须实现Comparable接口或提供自定义的Comparator比较器来进行比较。
• 内存占用：由于TreeMap需要维护红黑树的结构，因此它的内存占用相对较高。而HashMap在元素较少时，占用内存较小。

HashMap原理

• HashMap在Jdk1.8以后是基于数组+链表+红黑树来实现的，特点是，key不能重复，可以为null，线程不安全

• HashMap的扩容机制：

HashMap的默认容量为16，默认的负载因子为0.75，当HashMap中元素个数超过容量乘以负载因子的个数时，就创建一个大小为前一次两倍的新数组，再将原来数组中的数据复制到新数组中。当数组长度到达64且链表长度大于8时，链表转为红黑树

• HashMap存取原理：

（1）计算key的hash值，然后进行二次hash，根据二次hash结果找到对应的索引位置

（2）如果这个位置有值，先进性equals比较，若结果为true则取代该元素，若结果为false，就使用高低位平移法将节点插入链表

• 为什么不一开始就使用红黑树？

​ 因为直接采用红黑树的话每次加入元素需要进行平衡，而在超过8时再旋转变为红黑树可以达成平衡，因为大部分哈希槽的元素个数正态分布在8个左右，所以此时变为红黑树也满足了查找的效率。

- 想要线程安全的哈希表
（1）使用ConcurrentHashMap
（2）使用HashTable
（3）Collections.synchronizedHashMap()方法

## hash表：
构造：① 直接定址法；②平方取中法；③折叠法；④除留取余法
冲突解决：① 开放定址法（线性探测）② 链地址法

HashTable与HashMap的区别

• （1）HashTable的每个方法都用synchronized修饰，因此是线程安全的，但同时读写效率很低

• （2）HashTable的Key不允许为null

• （3）HashTable只对key进行一次hash，HashMap进行了两次Hash

• （4）HashTable底层使用的数组加链表

ConcurrenHashMap与HashTable的区别

ConcurrentHashMap性能更高，它基于分段锁+CAS 保证线程安全，分段锁基于 synchronized 实现，它仅仅锁住某个数组的某个槽位，而不是整个数组

1. ConcurrentHashMap 没有大量使用 synchronsize 这种重量级锁。而是在一些关键位置使用乐观锁(CAS), 线程可以无阻塞的运行。
2. ConcurrentHashMap读方法没有加锁
3. ConcurrentHashMap扩容时老数据的转移是并发执行的，这样扩容的效率更高。

ArrayList和LinkedList的区别

ArratList的底层使用动态数组，默认容量为10，当元素数量到达容量时，生成一个新的数组，大小为前一次的1.5倍，然后将原来的数组copy过来；

因为数组有索引，所以ArrayList查找数据更快，但是添加数据效率更低

LinkedList的底层使用链表，在内存中是离散的，没有扩容机制；LinkedList在查找数据时需要从头遍历，所以查找慢，但是添加数据效率更高

如何保证ArrayList的线程安全？
（1）使用collentions.synchronizedList（）方法为ArrayList加锁
（2）使用Vector，Vector底层与Arraylist相同，但是每个方法都由synchronized修饰，速度很慢

在Queue接口中， poll() 和 remove() 方法都用于从队列中移除并返回队头的元素。
如果队列为空，即没有元素可供移除时, pol0 方法会返回null。它是一个安全的方法不会抛出异常。
remove()在没有元素可供移除时，会抛出NoSuchElementException 异常。

怎么确保集合不可更改？

Java 集合框架提供了一些不可变集合类，如不可变列表（ImmutableList）、不可变集合（ImmutableSet）和不可变映射（ImmutableMap）。

List<String> list = ImmutableList.of("a", "b", "c");
Set<String> set = ImmutableSet.of("x", "y", "z");
Map<String, Integer> map = ImmutableMap.of("a", 1, "b", 2, "c", 3);
List<String> list2 = ImmutableList.<String>builder().addAll(list1).add("d").build();