Java笔试面试题AI答之集合（5）

文章目录

[25. 简述HashMap和HashTable有何不同？](#25. 简述HashMap和HashTable有何不同？)
[26. ArrayList和Vector有何异同点？](#26. ArrayList和Vector有何异同点？)
- - 相同点
  - 不同点
[27. Array和ArrayList有何区别？什么时候更适合用Array？](#27. Array和ArrayList有何区别？什么时候更适合用Array？)
- - 主要区别
  - [何时更适合使用 Array](#何时更适合使用 Array)
  - 总结
[28. 解释Java并发集合类是什么？](#28. 解释Java并发集合类是什么？)
[29. 简述Vector,ArrayList, LinkedList的区别？](#29. 简述Vector,ArrayList, LinkedList的区别？)
- - [1. 底层实现](#1. 底层实现)
  - [2. 性能](#2. 性能)
  - [3. 线程安全](#3. 线程安全)
  - [4. 扩容机制](#4. 扩容机制)
  - [5. 构造方法](#5. 构造方法)
[30. HashTable, HashMap，TreeMap区别？](#30. HashTable, HashMap，TreeMap区别？)

25. 简述HashMap和HashTable有何不同？

Java中的HashMap和Hashtable都是基于哈希表的Map接口的实现，但它们之间存在几个关键的不同点。以下是它们之间的一些主要区别：

线程安全：
- Hashtable是线程安全的，即它是同步的。这意味着在多线程环境下，不需要外部同步就可以安全地访问Hashtable。但是，这也意味着它的性能会比非线程安全的集合差，因为每次访问都需要进行额外的同步处理。
- HashMap是非线程安全的。在单线程环境下使用时，它比Hashtable有更好的性能。但是，在多线程环境下使用时，需要外部同步来防止数据不一致的问题。
空值支持：
- HashMap允许使用null作为键（key）和值（value）。
- Hashtable不允许使用null作为键或值，如果尝试插入null，将会抛出NullPointerException。
迭代器：
- HashMap和Hashtable都提供了迭代器（Iterator）来遍历集合中的元素，但是它们的实现可能有所不同（具体取决于JDK版本和内部实现）。
- HashMap还提供了分割器（Spliterator）来支持并行遍历，而Hashtable通常不提供这样的功能（因为它更侧重于线程安全而非并行处理）。
性能：
- 一般来说，由于HashMap没有线程安全的开销，因此在单线程环境下，其性能优于Hashtable。
- 但在多线程环境下，Hashtable的线程安全性可以带来便利，但可能牺牲性能。如果需要线程安全的哈希表且性能要求较高，可以考虑使用Collections.synchronizedMap(new HashMap<...>())来包装一个HashMap，或者使用Java并发包中的ConcurrentHashMap。
初始化容量和负载因子：
- HashMap和Hashtable都可以指定初始化容量和负载因子，但它们的默认值不同。HashMap的默认初始容量为16，默认负载因子为0.75；而Hashtable的默认初始容量和负载因子在不同的JDK版本中可能有所不同，但通常其默认初始容量较大，负载因子也较高（如JDK 1.8中，Hashtable的默认初始容量为11，负载因子为0.75）。

综上所述，选择HashMap还是Hashtable主要取决于你的具体需求，包括是否需要线程安全、是否允许null值、以及性能要求等。在大多数现代Java应用程序中，由于ConcurrentHashMap提供了更好的并发性能和灵活性，因此它通常是处理并发哈希表的首选。

26. ArrayList和Vector有何异同点？

ArrayList和Vector作为Java中的集合类，它们之间既有相似之处，也存在一些关键的不同点。以下是它们之间的异同点：

相同点

底层实现：两者都是基于索引的，内部通过数组来支持。这意味着它们都能通过索引快速访问元素。
顺序性：ArrayList和Vector都维护元素的插入顺序，即可以通过插入顺序来获取元素。
元素特性：两者都允许存储null值，并且可以使用索引值对元素进行随机访问。
迭代器实现 ：它们的迭代器实现都是fail-fast的，即在遍历过程中，如果检测到集合被修改（除了通过迭代器自身的修改操作），则抛出ConcurrentModificationException异常。

不同点

线程安全：
- Vector：是同步的，即它是线程安全的。这意味着在多线程环境下，Vector能够确保数据的一致性和完整性，但这也带来了性能上的开销。
- ArrayList：不是同步的，即它不是线程安全的。在单线程环境下使用ArrayList时，其性能通常优于Vector，但在多线程环境下需要额外的同步措施来保证线程安全。
扩容机制：
- Vector：默认情况下，当集合中的元素数量超过其容量时，Vector的容量会增加为原来的两倍（即增长率为100%）。不过，这个行为可以通过构造函数中的参数进行调整。
- ArrayList ：在默认情况下，当集合中的元素数量超过其容量时，ArrayList的容量会增加为原来的1.5倍（即增长率为50%），但这个行为也可以通过ensureCapacity和trimToSize等方法进行调整。
性能：
- 由于Vector的同步机制，它在单线程环境下的性能通常低于ArrayList。然而，在多线程环境下，如果需要保证线程安全，则使用Vector可能更为方便，尽管其性能可能不是最优的。
- ArrayList在单线程环境下提供了更高的性能，但如果在多线程环境下使用，则需要额外的同步措施，这可能会增加代码的复杂性和出错的可能性。
使用场景：
- Vector：由于其线程安全的特性，Vector适用于需要在多线程环境下保持数据一致性和完整性的场景。然而，由于其性能开销，如果不需要线程安全，则不建议使用Vector。
- ArrayList ：由于其高性能和灵活性，ArrayList适用于单线程环境或可以通过其他方式（如使用Collections.synchronizedList或CopyOnWriteArrayList）保证线程安全的场景。

综上所述，ArrayList和Vector在底层实现、顺序性、元素特性以及迭代器实现等方面具有相似性，但在线程安全、扩容机制、性能和使用场景等方面存在显著差异。在选择使用哪个集合类时，应根据具体需求和场景进行权衡和选择。

27. Array和ArrayList有何区别？什么时候更适合用Array？

Array 和 ArrayList 是 Java 中常用的两种数据结构，它们各自有不同的特性和使用场景。下面将详细解释它们之间的主要区别，以及何时更适合使用 Array。

主要区别

固定大小 vs 动态大小
- Array ：数组在初始化时指定了大小，之后其大小不可改变。如果尝试添加更多元素到已满的数组中，会抛出 ArrayIndexOutOfBoundsException（对于越界访问）或需要手动创建一个更大的数组并将旧数组的元素复制过去（对于添加操作）。
- ArrayList：ArrayList 是一个动态数组，可以根据需要自动调整其大小。当添加新元素时，如果当前数组没有足够的空间，ArrayList 会自动创建一个更大的数组，并将所有元素复制过去，然后添加新元素。
类型安全 vs 泛型
- Array：在 Java 中，数组可以是基本数据类型（如 int, double 等）或对象类型。但是，一旦数组被创建为特定类型，就不能更改其类型。
- ArrayList：ArrayList 总是包含对象（即使是基本数据类型的包装类，如 Integer、Double 等）。ArrayList 是泛型的，这意味着你可以指定它包含的对象类型，从而获得类型安全。
性能
- Array：由于数组的大小在初始化时是固定的，并且直接存储在内存中，因此访问数组中的元素通常比访问 ArrayList 中的元素更快（时间复杂度为 O(1)）。但是，添加或删除元素可能需要额外的操作（如创建新数组和复制元素），这可能比 ArrayList 慢。
- ArrayList：ArrayList 在添加或删除元素时更加灵活，但由于需要动态调整大小，这可能会导致额外的性能开销（尤其是在大量添加或删除元素时）。访问元素的时间复杂度也是 O(1)，但由于间接寻址（通过索引访问数组元素），实际性能可能略低于原生数组。
功能
- Array：提供了基本的访问和修改元素的方法，但功能较为有限。
- ArrayList ：除了提供基本的访问和修改元素的方法外，还提供了更多的功能，如 add(), remove(), clear(), size(), isEmpty(), contains(), indexOf(), subList() 等。

何时更适合使用 Array

当你需要固定大小的数据集合时：如果你知道你的集合大小不会改变，使用数组可以提供更好的性能。
当你需要存储基本数据类型时：ArrayList 只能存储对象，如果你需要存储基本数据类型（如 int, double 等），并且关心性能，使用数组可能更合适（尽管你可以使用包装类，但这可能会带来额外的开销）。
当你需要高效的随机访问时：由于数组在内存中是连续存储的，因此访问数组中的元素通常比访问 ArrayList 中的元素更快。

总结

选择使用 Array 还是 ArrayList 取决于你的具体需求，包括是否需要动态调整大小、是否关心性能、是否需要类型安全等。在大多数情况下，如果你不确定数据集合的大小是否会改变，或者需要更多的功能，ArrayList 是一个更好的选择。如果你需要高性能的随机访问或者已知数据集合的大小不会改变，那么数组可能更合适。

28. 解释Java并发集合类是什么？

Java并发集合类（Concurrent Collections）是Java并发API的一部分，它们是为了在并发环境下高效地操作集合而设计的。在并发环境中，多个线程可能会同时访问或修改同一个集合，这可能导致数据不一致、竞态条件（race conditions）和死锁等问题。Java并发集合类通过内部同步或使用更高级的并发机制（如锁分段、无锁算法等）来避免这些问题，从而提高了程序的性能和可靠性。

Java并发集合类主要位于java.util.concurrent包及其子包中。这些集合类提供了比传统集合（如java.util.Collection、java.util.List、java.util.Set等）更高的并发级别，使得开发者可以更容易地编写出安全且高效的并发程序。

一些常见的Java并发集合类包括：

ConcurrentHashMap：这是一个线程安全的HashMap实现，它使用分段锁（在Java 8及更高版本中，这一实现有所改变，引入了红黑树等优化以提高性能）来减少锁的竞争，从而提高并发性能。
CopyOnWriteArrayList：这是一个线程安全的ArrayList变体，它通过在每次修改时复制底层数组来避免并发修改异常。虽然它在写操作上效率较低（因为涉及数组的复制），但在读操作上非常高效，且无需进行外部同步。
BlockingQueue ：这是一个支持两个附加操作的队列，这些操作是等待队列变为非空，以便从队列中移除元素，以及等待队列中的空间变得可用，以便向队列中添加元素。BlockingQueue接口的实现（如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue等）是线程安全的，并且广泛用于生产者-消费者场景。
ConcurrentSkipListMap和 ConcurrentSkipListSet ：这两个类是基于跳表（Skip List）的并发集合实现，它们分别提供了线程安全的NavigableMap和SortedSet实现。跳表是一种概率性数据结构，通过多层索引来提高查找速度，同时保持操作的并发性。
ConcurrentLinkedQueue和 ConcurrentLinkedDeque：这两个类提供了线程安全的队列和双向队列实现，它们基于非阻塞算法，因此在并发环境下具有很高的性能。

使用Java并发集合类可以极大地简化并发编程的难度，提高程序的性能和可靠性。然而，它们并不是万能的，开发者仍然需要根据具体的应用场景和需求来选择合适的集合类，并合理地设计并发策略。

29. 简述Vector,ArrayList, LinkedList的区别？

Vector、ArrayList和LinkedList是Java集合框架中常用的三个类，它们都实现了List接口，但在底层实现、性能、线程安全等方面存在明显的区别。以下是对这三个类的详细比较：

1. 底层实现

Vector 和 ArrayList 都是基于数组实现的，这意味着它们在物理存储上是一系列连续的内存空间，通过数组索引可以快速访问元素。但是，当数组容量不足以存储更多元素时，它们都会进行扩容操作。
LinkedList 是基于双向链表实现的，每个元素都是一个节点，节点包含数据部分和指向前一个节点、后一个节点的指针。这种结构使得LinkedList在插入和删除元素时不需要移动其他元素，但在随机访问元素时效率较低。

2. 性能

插入和删除操作：LinkedList在插入和删除元素时效率较高，因为它只需要修改相关节点的指针即可。而ArrayList和Vector在插入和删除元素时可能需要移动数组中的其他元素，因此效率较低。但是，如果插入或删除操作发生在ArrayList或Vector的末尾，则效率相对较高。
随机访问：ArrayList和Vector由于是基于数组实现的，所以支持快速的随机访问。而LinkedList在随机访问元素时效率较低，因为它需要从头开始遍历链表。

3. 线程安全

Vector 是线程安全的，它的所有方法都是同步的。这意味着在多线程环境下，多个线程可以同时访问Vector对象而不会导致数据不一致的问题。但是，这也带来了性能上的开销。
ArrayList 和 LinkedList 都是线程不安全的。在多线程环境下，如果多个线程同时修改这两个集合，可能会导致数据不一致的问题。因此，在使用时需要额外的同步措施。

4. 扩容机制

ArrayList 和 Vector 都会根据需要进行扩容，但它们的扩容策略略有不同。ArrayList的扩容策略通常是扩容为原来的1.5倍，而Vector则通常是扩容为原来的2倍。此外，Vector还允许用户设置扩容因子。
LinkedList 由于是基于链表实现的，所以不存在扩容问题。但是，由于每个节点都需要额外的空间来存储指针，所以LinkedList的内存占用通常会比基于数组的集合更高。

5. 构造方法

ArrayList 和 Vector 都提供了多种构造方法，包括无参构造、指定初始容量的构造以及根据另一个集合来初始化的构造等。
LinkedList 也提供了类似的构造方法，但由于其基于链表实现，所以其构造方法通常不需要考虑初始容量的问题。

综上所述，Vector、ArrayList和LinkedList各有其特点和应用场景。在选择使用时，需要根据具体的需求和场景来决定使用哪个集合类。例如，在需要线程安全的场合下，可以选择Vector；在需要频繁进行随机访问的场合下，可以选择ArrayList；在需要频繁进行插入和删除操作的场合下，可以选择LinkedList。

30. HashTable, HashMap，TreeMap区别？

HashTable、HashMap和TreeMap是Java集合框架中用于存储键值对的三种不同实现，它们在多个方面存在显著差异。以下是这三种数据结构的主要区别：

一、实现方式和数据结构

HashTable：基于哈希表实现，是Java早期的一个集合类，随Java 1.0引入。其内部维护了一个哈希数组，用于存储键值对。
HashMap：同样是基于哈希表实现的，是Java 1.2引入的，作为HashTable的一个更先进的替代品。它优化了HashTable的许多方面，提供了更好的性能。
TreeMap：基于红黑树（Red-Black Tree）实现，是NavigableMap接口的一个实现。它按照键的自然顺序或创建时提供的Comparator进行排序。

二、线程安全性

HashTable：是同步的，即它是线程安全的。这意味着在多线程环境中，HashTable能够确保数据的一致性和完整性，但这也带来了性能上的开销。
HashMap：不是同步的，即它不是线程安全的。在单线程环境下，HashMap的性能通常优于HashTable。但在多线程环境下，需要额外的同步措施来保证线程安全。
TreeMap：同样不是线程安全的。与HashMap一样，在多线程环境中使用时需要额外的同步措施。

三、对null的支持

HashTable：不允许使用null键或null值。尝试向HashTable中添加null键或null值将抛出NullPointerException异常。
HashMap：允许一个null键和多个null值。这使得HashMap在处理可选的键或值时更加灵活。
TreeMap：在自然排序模式下，不允许null键（因为无法比较null），但允许多个null值。然而，如果提供了自定义的Comparator，则可以处理null键的情况。

四、性能特点

HashTable：由于其线程安全特性，通常比非同步的实现（如HashMap）慢。
HashMap：在单线程环境下提供了良好的性能，其内部通过哈希码和链表（或红黑树，在JDK 1.8及以后版本中）来优化查找、插入和删除操作。
TreeMap：虽然其基于红黑树的实现使得它在排序方面表现出色，但相比于基于哈希表的实现（如HashMap），它在某些操作（如随机访问）上可能较慢。然而，TreeMap提供了许多基于键排序的特殊方法（如firstKey()、lastKey()等），这些方法在需要排序的场景下非常有用。

五、应用场景

当需要确保数据的线程安全，且在多线程环境中共享Map时，可以考虑使用HashTable。但由于其性能相对较低，推荐在遗留代码中或者特定要求线程安全的小规模数据集合中使用。
在非多线程环境中，或者在读多写少的场景下（可以通过外部同步来解决线程安全问题），HashMap是一个优选，因为它提供了更好的性能。
当需要快速查找、插入和删除键值对时，特别是在数据量较大的情况下，HashMap是一个很好的选择。
当需要一个总是保持排序状态的Map时，TreeMap是最合适的选择。它适用于需要频繁地进行有序遍历或范围搜索的场景。在需要根据键进行排序的应用中（如时间线索引、自然排序的目录结构等），TreeMap通常比维护一个ArrayList之后再排序要高效。

综上所述，HashTable、HashMap和TreeMap各有其特点和适用场景。在选择使用哪种数据结构时，应根据具体需求和场景进行权衡和选择。

答案来自文心一言，仅供参考