JAVA：集合框架常见的面试题和答案

不念不忘少年蓝@ 2024-04-20 12:11 147阅读 0赞

#### 1、List接口的常见实现类有哪些？ ####

答： 常见的List接口实现类包括：

*  ArrayList: 基于动态数组实现的List，支持快速随机访问。
 *  LinkedList: 基于链表实现的List，支持快速的插入和删除操作。
 *  Vector: 一个线程安全的动态数组，通常不建议使用，可以用ArrayList代替。
 *  Stack: 继承自Vector，表示一个后进先出（LIFO）的堆栈。

#### 2、ArrayList和LinkedList的区别是什么？ ####

*  数据结构实现：ArrayList ：基于数组，便于按 index 访问，超过数组需要扩容，扩容成本较高。LinkedList：使用链表实现，无需扩容。
 *  随机访问效率：ArrayList 比 LinkedList 在随机访问的时候效率要高，因为LinkedList是线性的数据存储方式，所以需要移动指针从前往后依次查找。
 *  增加和删除效率：在非首尾的增删操作，LinkedList 要比ArrayList 效率要高，因为ArrayList 增删操作要影响数组内的其他数据的下标。
 *  内存空间占用：LinkedList 比 ArrayList 更占内存，因为LinkedList 的节点除了存储数据，还存储了两个引用，一个指向前一个元素，一个指向后一个元素。
 *  线程安全：ArrayList 和 LinkList 都是不同步的，不保证线程安全。
 *  综合来说，需要频繁读取集合中的元素时，更推荐使用 Arrayist，而在增删操作较多时，更推荐使用 LinkedList。
 *  LinkedList 的双向链表是链表的一种，它的每个数据结点中都有2 个指针，分别指向直接后继和直接前驱。所以，从双向链表中的任意一个结点开始，都可以很方便的访问它的前驱结点和后继结点。

#### 3、Map接口的常见实现类有哪些？ ####

答： 常见的Map接口实现类包括：

*  HashMap: 基于哈希表实现的Map，提供了快速的查找性能。
 *  TreeMap: 基于红黑树实现的有序Map，按键的自然顺序或者定制的顺序进行排序。
 *  LinkedHashMap: 基于哈希表和双向链表实现的Map，可以按照插入顺序或者访问顺序进行遍历。
 *  Hashtable: 一个线程安全的哈希表，通常不建议使用，可以用HashMap代替。
 *  ConcurrentHashMap: 一个线程安全的哈希表，支持并发操作。

#### 4、HashTable，HashMap，TreeMap区别？ ####

*  HashTable线程同步，HashMap，TreeMap非线程同步。
 *  HashTable，TreeMap不允许<键,值>有空值，HashMap允许<键,值>有空值。
 *  HashTable中hash数组的默认大小是11，增加方式的old\*2+1，HashMap中hash数组的默认大小是16，增长方式一定是2的指数倍。
 *  TreeMap能够把它保存的记录根据键排序，默认是按升序排序，因此如果你的键需要有序，建议使用TreeMap代替HashMap。

#### 5、加载因子（扩容因子）为何默认是0.75? ####

*  在空间占用与查询时间之间取得了较好的权衡
 *  大于这个值，空间节省了，但是链表可能过长就会影响性能
 *  小于这个值，冲突减少了，但是扩容就会比较频繁，空间占用多并且扩容也会消耗性能

#### 6、LinkedHashMap的应用，底层，原理 ####

答：LinkedHashMap维护着一个运行于所有条目的双重链接列表。此链接列表定义了迭代顺序，该迭代顺序可以是插入顺序（insert-order）或者是访问顺序，其中默认的迭代访问顺序就是插入顺序，即可以按插入的顺序遍历元素，这点和HashMap有很大的不同。  
LRU算法可以用LinkedHashMap实现。

#### 7、HashMap 的底层数据结构是怎样的 ？ ####

JDK1.8 之前

*  JDK1.8 之前 HashMap 底层是 数组和链表 结合在一起使用也就是链表散列。
 *  HashMap 通过 key 的 hashCode 经过扰动函数处理过后得到hash 值，然后通过(n-1) & hash 判断当前元素存放的位置（这里的 n 指的是数组的长度），如果当前位置存在元素的话，就判断该元素与要存入的元素的 hash 值以及key 是否相同，如果相同的话，直接覆盖，不相同就通过拉链法解决冲突。
 *  所谓扰动函数指的就是 HashMap 的 hash 方法。使用 hash 方法也就是扰动函数是为了防止一些实现比较差的 hashCode() 方法 换句话说使用扰动函数之后可以减少碰撞。

JDK1.8 之后

*  当链表长度大于阈值（默认为 8）时，会首先调用 treeifyBin()方法。这个方法会根据HashMap 数组来决定是否转换为红黑树。只有当数组长度大于或者等于64的情况下，才会执行转换红黑树操作，以减少搜索时间。否则，就是只是执行resize() 方法对数组扩容。

#### 8、HashMap 的扩容机制是怎样的？ ####

一般情况下，当元素数量超过阈值时便会触发扩容。每次扩容的容量都是之前容量的2倍。HashMap 的容量是有上限的，必须小于 1<<30，即 1073741824。如果容量超出了这个数，则不再增长，且阈值会被设置为 Integer.MAX\_VALUE。

JDK7 中的扩容机制

*  空参数的构造函数：以默认容量、默认负载因子、默认阈值初始化数组。内部数组是空数组。
 *  有参构造函数：根据参数确定容量、负载因子、阈值等。
 *  第一次 put 时会初始化数组，其容量变为不小于指定容量的2 的幂数，然后根据负载因子确定阈值。
 *  如果不是第一次扩容，则 新容量=旧容量 x 2 ，新阈值=新容量x 负载因子。JDK8 的扩容机制
 *  空参数的构造函数：实例化的 HashMap 默认内部数组是null，即没有实例化。第一次调用 put 方法时，则会开始第一次初始化扩容，长度为 16。
 *  有参构造函数：用于指定容量。会根据指定的正整数找到不小于指定容量的2的幂数，将这个数设置赋值给阈值（threshold）。第一次调用 put 方法时，会将阈值赋值给容量，然后让 阈值 = 容量 x 负载因子。
 *  如果不是第一次扩容，则容量变为原来的 2 倍，阈值也变为原来的2 倍。（容量和阈值都变为原来的 2 倍时，负载因子还是不变）。  
    此外还有几个细节需要注意：
 *  首次 put 时，先会触发扩容（算是初始化），然后存入数据，然后判断是否需要扩容；
 *  不是首次 put，则不再初始化，直接存入数据，然后判断是否需要扩容；

#### 9、ConcurrentHashMap 的存储结构是怎样的？ ####

*  Java7 中 ConcurrnetHashMap 使用的分段锁，也就是每一个Segment 上同时只有一个线程可以操作，每一个 Segment 都是一个类似 HashMap 数组的结构，它可以扩容，它的冲突会转化为链表。但是 Segment 的个数一但初始化就不能改变，默认Segment的个数是 16 个。
 *  Java8 中的 ConcurrnetHashMap 使用的 Synchronized 锁加CAS 的机制。结构也由Java7 中的 Segment 数组 + HashEntry 数组 + 链表 进化成了Node 数组+链表/红黑树，Node 是类似于一个 HashEntry 的结构。它的冲突再达到一定大小时会转化成红黑树，在冲突小于一定数量时又退回链表。

#### 10、用过 ConcurrentHashMap，讲一下他和HashTable 的不同之处？ ####

*  HashTable 就是实现了 HashMap 加上了 synchronized，而ConcurrentHashMap底层采用分段的数组+链表实现，线程安全
 *  ConcurrentHashMap 通过把整个 Map 分为 N 个 Segment，可以提供相同的线程安全，但是效率提升 N 倍，默认提升 16 倍。
 *  并且读操作不加锁，由于 HashEntry 的 value 变量是 volatile 的，也能保证读取到最新的值。
 *  Hashtable 的 synchronized 是针对整张 Hash 表的，即每次锁住整张表让线程独占，ConcurrentHashMap 允许多个修改操作并发进行，其关键在于使用了锁分离技术
 *  扩容：段内扩容（段内元素超过该段对应 Entry 数组长度的75%触发扩容，不会对整个Map 进行扩容），插入前检测需不需要扩容，有效避免无效扩容

#### 11、比较 HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet 三者的异同 ####

*  HashSet 是 Set 接口的主要实现类 ，HashSet 的底层是HashMap，线程不安全的，可以存储 null 值；
 *  LinkedHashSet 是 HashSet 的子类，能够按照添加的顺序遍历；
 *  TreeSet 底层使用红黑树，元素是有序的，排序的方式有自然排序和定制排序。

#### 12、Comparable 和 Comparator 的区别？ ####

*  comparable 接口实际上是出自 java.lang 包 它有一个 compareTo(Object obj)方法用来排序
 *  comparator 接口实际上是出自 java.util 包它有一个 compare(Object obj1, Objectobj2)方法用来排序  
    一般我们需要对一个集合使用自定义排序时，我们就要重写compareTo()方法或compare()方法，当我们需要对某一个集合实现两种排序方式，比如一个song对象中的歌名和歌手名分别采用一种排序方法的话，我们可以重写 compareTo()方法和使用自制的Comparator 方法或者以两个 Comparator 来实现歌名排序和歌星名排序，第二种代表我们只能使用两个参数版的 Collections.sort()。

#### 13、什么是哈希冲突？ ####

答：当两个不同的输入值，根据同一散列函数计算出相同的散列值的现象，我们就把它叫做碰撞（哈希碰撞）。

#### 14、CopyOnWriteArrayList与ArrayList、Vector的区别 ####

答：CopyOnWriteArrayList与ArrayList、Vector有以下主要区别：

*  线程安全性：CopyOnWriteArrayList是线程安全的，而ArrayList不是；Vector也是线程安全的，但它使用全局锁，导致性能较差。
 *  读写性能：CopyOnWriteArrayList具有较高的并发读性能，但写操作性能较差，因为每次写操作都需要复制一个新的副本。ArrayList具有较高的读写性能，但在多线程环境下可能出现线程安全问题。Vector的读写性能较差，因为它使用全局锁。
 *  内存占用：CopyOnWriteArrayList在写操作时需要复制一个新的副本，因此可能导致较高的内存占用。ArrayList和Vector的内存占用相对较低。
 *  实时性：CopyOnWriteArrayList的迭代器只能获取到写操作前的数据副本，因此在迭代过程中无法获取实时数据。ArrayList和Vector的迭代器可以获取实时数据，但在多线程环境下可能会导致线程安全问题。

#### 15、如何将Map转换为List？ ####

答： 可以使用ArrayList的构造函数或者addAll方法将Map转换为List。

使用构造函数：

List<Map.Entry<K, V>> list = new ArrayList<>(map.entrySet());

使用addAll方法：

List<Map.Entry<K, V>> list = new ArrayList<>();
    list.addAll(map.entrySet());

#### 16、LinkedHashSet和CopyOnWriteArraySet的区别 ####

答：LinkedHashSet和CopyOnWriteArraySet是Java集合框架中不同的实现类，它们具有不同的特性和适用场景。

LinkedHashSet:

*  内部实现:  
    LinkedHashSet 是基于哈希表和双向链表实现的，它继承自HashSet，保留了元素插入的顺序。
 *  有序性:  
    LinkedHashSet 保持了元素插入的顺序，因此可以按照插入顺序进行遍历。
 *  性能:  
    由于它的底层实现依赖于哈希表，因此查找元素的速度非常快。
 *  线程安全:  
    LinkedHashSet 是非线程安全的。
 *  适用场景:  
    当你需要保留元素插入的顺序，并且不需要考虑线程安全时，可以使用LinkedHashSet。

CopyOnWriteArraySet:

*  内部实现:  
    CopyOnWriteArraySet 是基于CopyOnWriteArrayList实现的，它是一个线程安全的Set。
 *  线程安全:  
    CopyOnWriteArraySet 是线程安全的，它的所有修改操作都是在一个新的副本上进行的，而不会影响原始集合。
 *  写时复制:  
    当需要对集合进行修改时，CopyOnWriteArraySet 会先复制一个新的数组，然后在新的数组上进行修改，最后将新的数组替换原始数组。
 *  适用场景:  
    当你需要在多线程环境下保证安全地对集合进行修改时，可以使用CopyOnWriteArraySet。它适用于读多写少的场景。

#### 17、Java中Queue接口的常见实现类有哪些？ ####

答： 常见的Queue接口实现类包括LinkedList、PriorityQueue和ArrayDeque。

#### 18、LinkedList和ArrayDeque之间有什么区别？ ####

*  LinkedList 是一个双向链表实现的队列，可以作为队列和双端队列使用。
 *  ArrayDeque 是一个基于动态数组实现的双端队列，它的性能比LinkedList稍好，但不支持索引访问。

#### 19、PriorityQueue是什么？它是如何工作的？ ####

答： PriorityQueue 是一个优先级队列，它根据元素的优先级来确定出队顺序。默认情况下，PriorityQueue 是一个最小堆实现，可以通过提供一个自定义的Comparator来实现最大堆。

#### 20、队列和栈有什么区别？ ####

*  队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，只允许在队列的一端插入元素，在另一端删除元素。
 *  栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，只允许在栈的一端插入和删除元素。

#### 21、如何在多线程环境中使用BlockingQueue？ ####

答案： 可以通过创建一个BlockingQueue实例，然后在生产者线程中使用put方法向队列中添加元素，在消费者线程中使用take方法获取元素。

BlockingQueue<ElementType> queue = new LinkedBlockingQueue<>();
    // 生产者线程
    queue.put(element);
    // 消费者线程
    ElementType element = queue.take();

#### 22、ConcurrentLinkedQueue和LinkedBlockingQueue有什么区别？ ####

*  ConcurrentLinkedQueue 是一个基于非阻塞算法实现的非阻塞队列，它在高并发环境下表现良好。
 *  LinkedBlockingQueue 是一个基于锁实现的阻塞队列，它可以在队列为空或者满时阻塞线程。

#### 23、如何实现一个自定义的优先级队列？ ####

答案： 可以使用PriorityQueue并提供一个自定义的比较器（Comparator）来实现一个自定义的优先级队列。

PriorityQueue<Element> priorityQueue = new PriorityQueue<>(new MyComparator()

#### 24、ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue的区别 ####

答：ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue是Java中两种不同类型的阻塞队列实现，它们有一些重要的区别。

ArrayBlockingQueue:

*  内部实现:  
    ArrayBlockingQueue 是一个基于数组实现的有界阻塞队列，它按照先进先出（FIFO）的原则对元素进行排序。
 *  容量限制:  
    ArrayBlockingQueue 在创建时需要指定一个固定的容量，即队列中可以存放的最大元素数量。
 *  阻塞特性:  
    当队列已满时，ArrayBlockingQueue 会阻塞等待直到有空间可以放置新元素。  
    当队列为空时，尝试从中获取元素的操作会被阻塞等待，直到队列中有新的元素。
 *  性能:  
    由于底层是基于数组实现的，因此在性能上比LinkedBlockingQueue更高效，但它的容量是固定的。

LinkedBlockingQueue:

*  内部实现:  
    LinkedBlockingQueue 是一个基于链表实现的无界阻塞队列，它按照先进先出（FIFO）的原则对元素进行排序。
 *  容量限制:  
    LinkedBlockingQueue 的容量理论上可以是无限大，因此它不会因为达到最大容量而阻塞。
 *  阻塞特性:  
    当队列为空时，尝试从中获取元素的操作会被阻塞等待，直到队列中有新的元素。  
    当队列已满时，LinkedBlockingQueue 会阻塞等待直到有空间可以放置新元素。
 *  性能:  
    由于底层是基于链表实现的，相对于ArrayBlockingQueue来说，它在高并发场景下可能会略显低效。  
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