Java面试——集合篇

1.Java中常用的容器有哪些？

容器主要包括 Collection 和 Map 两种，Collection 存储着对象的集合，而 Map 存储着键值对(两个对象)的映射表。

如图：

面试官追问：说说集合有哪些类及他们各自的区别和特点？

• Set(所有实现类都不支持重复的元素)
  • TreeSet 基于红黑树实现，支持有序性操作，例如根据一个范围查找元素的操作。但是查找效率不如 HashSet，HashSet 查找的时间复杂度为 O(1)，TreeSet 则为 O(logN)。
  • HashSet 基于HashMap实现，HashSet 的每个元素实际上是 HashMap 的一个键，而对应的值（value）是一个固定的虚拟对象。支持快速查找，但不支持有序性操作。并且失去了元素的插入顺序信息，也就是说使用 Iterator 遍历 HashSet 得到的结果是不确定的。
  • LinkedHashSet 是 HashSet 的子类，并且其内部是通过 LinkedHashMap 来实现的。内部使用双向链表维护元素的插入顺序。
• List
  • ArrayList 基于动态数组实现，支持随机访问。
  • Vector 和 ArrayList 类似，但它是线程安全的，底层方法用synchronized修饰。
  • LinkedList 基于双向链表实现，只能顺序访问，但是可以快速地在链表中间插入和删除元素。不仅如此，LinkedList 还可以用作栈、队列和双向队列。
• Queue
  • LinkedList 可以用它来实现双向队列。
  • PriorityQueue 基于堆结构实现，可以用它来实现优先队列。
  • ArrayQueue基于数组实现，可以用它实现双端队列，也可以作为栈。

面试官追问：说说Map有哪些类及他们各自的区别和特点？

• TreeMap 基于红黑树实现。
• HashMap 1.7基于数组+链表实现，1.8基于数组+链表+红黑树。链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的（"拉链法"解决冲突）。JDK1.8 以后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）（将链表转换成红黑树前会判断，如果当前数组的长度小于 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。
• HashTable 和 HashMap 类似，但它是线程安全的，这意味着同一时刻多个线程可以同时写入 HashTable 并且不会导致数据不一致。它是遗留类，不应该去使用它。（现在可以使用 ConcurrentHashMap 来支持线程安全，并且 ConcurrentHashMap 的效率会更高(1.7 ConcurrentHashMap 引入了分段锁, 1.8 引入了红黑树)。）
• LinkedHashMap继承自 HashMap。使用双向链表来维护元素的顺序，顺序为插入顺序或者最近最少使用(LRU)顺序。

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2. Arraylist 和 LinkedList的区别?

• ArrayList：底层是基于数组 实现的，查找快，增删较慢 。LinkedList 不支持高效的随机元素访问，而 ArrayList 支持。快速随机访问就是通过元素的序号快速获取元素对象(对应于get(int index)方法)。
• LinkedList：底层是基于链表 实现的。确切的说是循环双向链表(JDK1.6之前是双向循环链表、JDK1.7之后取消了循环)，查找慢、增删快 。LinkedList链表由一系列表项连接而成，一个表项包含3个部分︰元素内容、前驱表和后驱表。因此内存空间占用比ArrayList 更多。

面试官追问：ArrayList的增删一定比LinkedList要慢吗？

不一定的。

1. 如果增删都是在末尾来操作（每次调用的都是 remove() 和 add()），此时 ArrayList就不需要移动和复制数组来进行操作了。如果数据量有百万级的时，速度是会比 LinkedList 要快的。
2. 如果删除操作的位置是在中间。由于LinkedList的消耗主要是在遍历上，ArrayList的消耗主要是在移动和复制上(底层调用的是arrayCopy()方法，是native方法)。LinkedList 的遍历速度是要慢于ArrayList的复制移动速度的。如果数据量有百万级的时，还是ArrayList要快。

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3.ArrayList实现 RandomAccess接口有何作用？

查看源码我们发现实际上 RandomAccess 接口中什么都没有定义。

从源码可以看出RandomAccess 接口只是一个标志接口，只要List集合实现这个接口，就能支持快速随机访问。通过查看Collections类中的binarySearch()方法，可以看出，判断List是否实现RandomAccess接口来实行indexedBinarySerach(list, key)或 iteratorBinarySerach(list, key)方法。再通过查看这两个方法的源码发现：实现RandomAccess接口的List集合采用一般的 for循环遍历，而未实现这接口则采用迭代器，即ArrayList 一般采用for循环遍历，而 LinkedList 一般采用迭代器遍历。

public static <T>
int binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key) {
    if (list instanceof RandomAccess || list.size()<BINARYSEARCH_THRESHOLD)
        return Collections.indexedBinarySearch(list, key);
    else
        return Collections.iteratorBinarySearch(list, key);
}

面试官追问：为何LinkedList却没实现这个接口？

ArrayList 底层是数组，而 LinkedList 底层是链表。

数组天然支持随机访问，时间复杂度为 O(1)，所以称为快速随机访问。链表需要遍历到特定位置才能访问特定位置的元素，时间复杂度为 O(n)，所以不支持快速随机访问。

ArrayList 实现了 RandomAccess 接口，就表明了他具有快速随机访问功能。 RandomAccess 接口只是标识，并不是说 ArrayList 实现 RandomAccess 接口才具有快速随机访问功能的！

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4.Vector 和 ArrayList 的区别？

他们两个都实现了List接口。底层数据结构都是数组。

不同的是：

1. vector通过remove、add等方法加上synchronized关键字实现线程同步，所以是线程安全的。而ArrayList是线程不安全的
2. 由于vector使用了synchronized进行加锁，所以性能不如ArrayList
3. Vector 扩容时，如果未指定扩容递增值capacityIncrement，或该值不大于 0 时，每次扩容为原来的 2 倍，否则扩容量为capacityIncrement的值。ArrayList每次扩容为旧容量的1.5倍

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***5.***ArrayList 的扩容机制？

第一种情况：list中第一次添加数据

这种情况下，因为DEFAULT_CAPACITY = 10; 默认初始的容量(CAPACITY)

所以minCapacity会被赋值为较大的那个，也就是10。所以这里需要扩容（minCapacity(10) - elementData.length(0) > 0）进入扩容方法。

而进入扩容方法以后，会走第一次初始化数组长度那个if判断。

第二种情况：添加数据，但不需要扩容

这种情况下，根本不会走到扩容方法。

第三种情况：本次添加数据又需要扩容了

这种情况下，进入扩容方法以后，会扩容原来容量的1.5倍。最后还会进行数组拷贝，把原数组元素拷贝到，新增容量后的数组中！

总结：

1. 当使用add方法的时候首先调用ensureCapacityInternal方法，传入 size+1进去，检查是否需要扩容

2. 如果空数组DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，就初始化为默认大小10，获取"默认的容量"和要扩容的大小两者之间的最大值

3. 和当前数组长度比较，如果 if (minCapacity - elementData.length > 0)执行grow扩容方法

4. 将数组扩容为原来的1.5倍 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

5. 检查新容量是否大于最小需要容量，若还是小于最小需要容量，那么就把最小需要容量当作数组的新容量

6. 再检查新容量newCapacity 是否超出了ArrayList所定义的最大容量，若超出了，则调用hugeCapacity()来比较minCapacity和 MAX_ARRAY_SIZE，如果minCapacity大于MAX_ARRAY_SIZE，则新容量则为Interger.MAX_VALUE，否则，新容量大小则为 MAX_ARRAY_SIZE（MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8）

7. ArrayList 中copy数组的核心就是System.arraycopy方法，将original数组的所有数据复制到copy数组中，这是一个本地方法

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6.Array和ArrayList有何区别？

• Array(就是数组)可以容纳基本类型和对象，而ArrayList(集合)只能容纳对象
• Array是指定大小的，ArrayList 的容量是根据需求自动扩展
• ArrayList提供了更多的方法和特性，比如：addAll()，removeAll()，iterator()等等

面试官追问：什么时候更适合使用Array？

1. 如果列表的大小已经指定，大部分情况下是存储和遍历它们可以使用Array
2. 对于基本类型数据，ArrayList 使用自动装箱来减少编码工作量；而当处理固定大小的基本数据类型的时候，这种方式相对比较慢，这时候应该使用Array
3. 如果你要使用多维数组，使用[][]比 List更容易

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7.comparable和comparator的区别？

• comparable接口出自java.lang包，可以理解为一个内比较器，因为实现了comparable接口的类可以和自己比较，要和其他实现了Comparable接口类比较，可以使用compareTo(objectobj)方法。compareTo方法的返回值是int，有三种情况：
  1. 返回正整数（比较者大于被比较者）
  2. 返回0（比较者等于被比较者）
  3. 返回负整数（比较者小于被比较者）
• comparator接口出自java.util包，它有一个compare(object obj1，object obj2)方法用来排序，返回值同样是int，有三种情况，和compareTo类似。

它们之间的区别：

1. 很多包装类都实现了comparable接口，像Integer、string等。所以直接调用co1lections.sort()直接可以使用。如果对类里面自带的自然排序不满意，而又不能修改其源代码的情况下，使用comparator就比较合适。
2. 此外使用comparator可以避免添加额外的代码与我们的目标类耦合，同时可以定义多种排序规则，这一点是comparable接口没法做到的
3. 从灵活性和扩展性讲Comparator更优，故在面对自定义排序的需求时，可以优先考虑使用comparator接口。

详细讲解： 面试官：元素排序Comparable和Comparator有什么区别？-CSDN博客

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8.Collection和Collections有什么区别？

• Collection：是最基本的集合接口，它提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法。一个Collection代表一组Object，即Collection的元素。它的直接继承接口有List，Set 和Queue。
• Collections：是不属于Java的集合框架的，它是集合类的一个工具类 。此类不能被实例化 ，服务于Java的Collection框架。它包含有关集合操作的静态多态方法，实现对各种集合的搜索、排序、线程安全等操作。

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