Java笔试面试题AI答之集合（6）

31. 简述Java Set有哪些实现类？

Java中的Set接口是Java集合框架中的一种数据结构，它继承自Collection接口，用于存储一组唯一的对象，即不允许重复的元素。Set接口具有无序性，即添加和取出的顺序不一致，且没有索引。Java提供了多种Set接口的实现类，以满足不同的应用场景和性能需求。以下是一些常见的Set实现类及其特点：

1. HashSet

   • 特点：基于哈希表实现的无序集合。它使用元素的hashCode方法和equals方法去重，不保证元素的顺序，且允许元素为null（但最多只能有一个null元素）。
   • 性能：提供常数时间的性能，对基本操作（如add、remove、contains）非常高效。
   • 适用场景：适用于不需要保持元素顺序的集合。

2. LinkedHashSet

   • 特点：具有可预知迭代顺序的HashSet。它内部通过维护一个双向链表来记录插入的顺序，因此可以以插入顺序迭代元素。
   • 性能：性能略低于HashSet，但在迭代访问Set元素时有更好的性能。
   • 适用场景：适用于需要保持元素插入顺序的集合。

3. TreeSet

   • 特点：基于红黑树实现的集合，可以确保集合元素处于排序状态。元素会根据自然顺序（实现了Comparable接口）或者构造TreeSet时提供的Comparator进行排序。
   • 性能：插入、删除、查询等操作的时间复杂度均为O(log n)。
   • 适用场景：适用于需要保持元素排序的集合。

4. EnumSet

   • 特点：专为枚举类型设计的Set集合，内部以位向量的形式实现，非常快速且高效。不允许插入null元素，且只能包含单个枚举类型的值。
   • 性能：是Set接口中效率最高的实现类之一。
   • 适用场景：适用于枚举值执行批量操作的场景。

5. CopyOnWriteArraySet

   • 特点：基于CopyOnWriteArrayList实现，使用了一种写时复制的技术来保证线程安全。在修改集合时，会复制一个新的数组，并在新的数组上进行修改，待修改完成后再将原数组引用指向新的数组。
   • 性能：适用于集合大小通常保持小，且读操作远多于写操作的场景。但由于每次修改都需要复制整个底层数组，因此写操作性能较低。
   • 适用场景：需要线程安全的Set实现，且读写比例差异较大的场景。

6. ConcurrentSkipListSet

   • 特点：基于ConcurrentSkipListMap实现，是一个线程安全的排序集合。它支持全并发访问，适用于高并发场景，并提供了额外的并发集合操作。
   • 性能：与TreeSet类似，但提供了更高的并发级别。
   • 适用场景：需要保持元素排序且在高并发环境下操作的场景。

以上是实现Java Set接口的几种常见类，它们各有特点和适用场景，开发者可以根据实际需求选择合适的实现类。

32. 简述Java哪些集合类是线程安全的 ?

在Java中，线程安全的集合类是指多个线程可以同时访问并修改该集合，而不会导致数据不一致或者异常。Java提供了多种线程安全的集合类，主要包括以下几种：

1. Vector：

   • Vector是一个线程安全的动态数组类，与ArrayList类似，但包含了synchronized关键字，是同步方法。它支持线程的同步，即某一时刻只有一个线程能够写Vector，避免多线程同时写而引起的不一致性。但实现同步需要很高的花费，因此访问它比访问ArrayList慢。

2. Hashtable：

   • Hashtable是一个散列表，和HashMap类似，但是它是同步的，可以用来在多个线程之间共享键值对。无论是key还是value都不允许有null值的存在，在Hashtable中调用Put方法时，如果key为null，直接抛出NullPointerException异常。

3. java.util.concurrent包中的集合类：

   • ConcurrentHashMap：它是线程安全的哈希表实现，支持高并发的读和写操作。它采用了分段锁的机制，不同的段可以同时被不同的线程操作，从而提高了并发性能。
   • ConcurrentLinkedQueue：它是一个线程安全的队列，是非阻塞的，并且能够保证在多线程并发访问时元素顺序的正确性，适用于高并发的生产者-消费者场景。
   • ConcurrentSkipListMap和ConcurrentSkipListSet：这两个类基于跳表实现，是线程安全的有序集合和有序映射，支持高并发的读和写操作。
   • CopyOnWriteArrayList：它是线程安全的动态数组实现，每次修改操作都会创建一个新的数组，适用于读操作远多于写操作的场景。
   • CopyOnWriteArraySet：它是线程安全的Set实现，内部使用CopyOnWriteArrayList来存储元素。

4. 同步包装器（Synchronized Wrappers）：

   • Java还提供了一些同步包装器，它们可以将普通的集合类包装成线程安全的集合。这些包装器通过在每个方法上添加synchronized关键字来实现线程安全，但由于它们使用了同步机制，因此在并发性能上不如上述的并发集合类。

在选择使用线程安全的集合类时，需要根据具体的场景和需求来选择合适的实现。例如，如果读操作远多于写操作，那么CopyOnWriteArrayList可能是一个好的选择；如果需要一个线程安全的哈希表，那么ConcurrentHashMap可能更合适。同时，也需要注意到线程安全集合类可能会带来额外的性能开销，因此在性能敏感的应用中需要谨慎使用。

33. 简述ConcurrentHashMap和HashTable有什么区别 ？

ConcurrentHashMap和HashTable都是Java中用于实现线程安全的哈希表数据结构的类，但它们之间存在几个关键的区别。以下是这些区别的详细解释：

1. 线程安全机制

• HashTable：使用synchronized关键字来实现线程安全。它对整个哈希表进行锁定，这意味着在任何时刻只能有一个线程可以访问HashTable。这种机制在单线程或多线程并发度不高的情况下可能足够，但在高并发环境下会导致性能瓶颈。
• ConcurrentHashMap：采用更细粒度的锁机制（在JDK 1.8及以后版本中，主要通过CAS和synchronized相结合的方式实现）。它使用分段锁（在JDK 1.8之前）或更优化的锁策略来减少对共享资源的竞争，允许多个线程同时访问哈希表的不同部分。这种机制大大提高了在高并发环境下的性能。

2. 支持null键和值

• HashTable：不允许存储null键或null值。任何尝试插入null键或值的操作都会引发NullPointerException。
• ConcurrentHashMap：允许存储null键和null值。这增加了其使用的灵活性，特别是在需要表示“无值”或“空”概念的场景中。

3. 迭代器和分割器

• HashTable：其迭代器不支持并发修改，即在迭代过程中如果集合被修改（如添加、删除元素），会抛出ConcurrentModificationException异常。这限制了HashTable在需要并发迭代和修改的场景下的使用。
• ConcurrentHashMap：支持弱一致性的视图迭代器，这意味着在迭代过程中，如果集合被修改，迭代器可能反映这些修改（或者不反映，取决于迭代器的具体实现和修改的类型）。此外，它还提供了分割器（Spliterator），支持并行遍历和并行流操作。

4. 性能和扩展性

• HashTable：由于其全局锁的机制，在高并发环境下性能会急剧下降。此外，其容量扩充时需要锁定整个数据结构，进一步限制了其扩展性。
• ConcurrentHashMap：通过细粒度的锁机制和优化的数据结构（如数组+链表+红黑树），在高并发环境下通常具有更好的性能和扩展性。特别是在JDK 1.8及以后版本中，其性能得到了显著提升。

5. 初始化和默认参数

• HashTable 和 ConcurrentHashMap 都有默认的初始容量和负载因子，但它们的值可能不同。这些参数可以影响集合的存储效率和性能。

总结

ConcurrentHashMap和HashTable在线程安全机制、支持null键和值、迭代器和分割器、性能和扩展性等方面存在明显的区别。在选择使用时，应根据具体的应用场景和需求来决定使用哪个类。在需要高并发性能和灵活性的场景中，ConcurrentHashMap通常是更好的选择。

34. 简述HasmMap和HashSet的区别 ？

HashMap和HashSet是Java集合框架中两个非常重要的类，它们虽然都基于哈希表实现，但在使用方式、功能、存储结构以及适用场景等方面存在显著差异。下面从多个方面对它们进行简述：

一、存储方式

• HashMap：是基于键值对（key-value pair）的存储结构。每个元素都包含一个键和一个对应的值，通过键来访问值。
• HashSet：则是基于哈希表的存储结构，但它只存储元素的值，不存储键值对。实际上，HashSet是基于HashMap实现的，它将所有的键存储在HashMap中，而所有的值都设置为同一个特殊值（通常是null）。

二、唯一性

• HashMap：其键（key）是唯一的，不允许重复。如果尝试添加一个已经存在的键，那么该键对应的值将被新值替换。
• HashSet：其元素（即HashMap中的键）也是唯一的，不允许重复。如果尝试添加一个已经存在的元素，那么该元素将不会被添加到集合中。

三、排序

• HashMap和HashSet中的元素都是无序存储的。即，添加元素的顺序不会影响遍历的顺序。

四、访问速度

• HashMap：通过键来访问值，因此可以快速地查找、插入和删除元素。其时间复杂度通常接近O(1)，但在哈希冲突严重时，可能会退化为O(n)。
• HashSet：虽然也是基于哈希表实现，但由于它只存储元素的值，且没有直接的键来访问元素，因此在某些情况下，其访问速度可能会略慢于HashMap。不过，HashSet仍然提供了快速的查找、插入和删除元素的特性。

五、功能

• HashMap：提供了更多的功能，如根据键查找值、替换值、遍历键值对等。
• HashSet：则提供了添加、删除、查找元素的基本方法，如add()、remove()、contains()等。但它没有提供根据键查找值的方法，因为HashSet本身就不存储键值对。

六、适用场景

• HashMap：适用于需要通过键值对来存储和访问元素的场景。例如，存储学生的姓名和成绩，其中姓名是键，成绩是值。
• HashSet：适用于只需要存储元素值并且需要保证元素唯一性的场景。例如，存储一组唯一的用户名或标签。

综上所述，HashMap和HashSet虽然都基于哈希表实现，但在存储方式、唯一性、排序、访问速度、功能和适用场景等方面存在明显的区别。在实际应用中，应根据具体需求选择合适的集合类。

答案来自文心一言，仅供参考