集合面试题

1 用过ArrayList 吗？说一下它有什么特点？

只要是搞 Java 的肯定都会回答“用过”。所以，回答题目的后半部分——ArrayList 的特点。可以从这几个方面去回答：

Java 集合框架中的一种存放相同类型的元素数据，是一种变长的集合类，基于定长数组实现，当加入数据达到一定程度后，会实行自动扩容，即扩大数组大小。底层是使用数组实现，添加元素。

如果 add(o)，添加到的是数组的尾部，如果要增加的数据量很大，应该使用 ensureCapacity()方法，该方法的作用是预先设置 ArrayList 的大小，这样可以大大提高初始化速度。
如果使用 add(int,o)，添加到某个位置，那么可能会挪动大量的数组元素，并且可能会触发扩容机制。

高并发的情况下，线程不安全。多个线程同时操作 ArrayList，会引发不可预知的异常或错误。

ArrayList 实现了 Cloneable 接口，标识着它可以被复制。注意：ArrayList 里面的 clone() 复制其实是浅复制。

2、有数组了为什么还要搞个ArrayList呢？

通常我们在使用的时候，如果在不明确要插入多少数据的情况下，普通数组就很尴尬了，因为你不知道需要初始化数组大小为多少，而 ArrayList 可以使用默认的大小，当元素个数到达一定程度后，会自动扩容。

可以这么来理解：我们常说的数组是定死的数组，ArrayList 却是动态数组。

3 介绍下Vector（数组实现、线程同步）

Vector 与 ArrayList 一样，也是通过数组实现的，不同的是它支持线程的同步，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。

4 介绍下LinkList（链表）

LinkedList 是用链表结构存储数据的，很适合数据的动态插入和删除，随机访问和遍历速度比较慢。另外，他还提供了 List 接口中没有定义的方法，专门用于操作表头和表尾元素，可以当作堆栈、队列和双向队列使用。13/04/2018 Page 48 of 283

5 介绍下Set

Set 注重独一无二的性质,该体系集合用于存储无序(存入和取出的顺序不一定相同)元素，值不能重复。对象的相等性本质是对象 hashCode 值（java 是依据对象的内存地址计算出的此序号）判断的，如果想要让两个不同的对象视为相等的，就必须覆盖 Object 的 hashCode 方法和 equals 方法。

6 介绍下HashSet（Hash表）

哈希表边存放的是哈希值。HashSet 存储元素的顺序并不是按照存入时的顺序（和 List 显然不同）而是按照哈希值来存的所以取数据也是按照哈希值取得。元素的哈希值是通过元素的hashcode 方法来获取的, HashSet 首先判断两个元素的哈希值，如果哈希值一样，接着会比较equals 方法如果 equls 结果为 true ，HashSet 就视为同一个元素。如果 equals 为 false 就不是同一个元素。哈希值相同 equals 为 false 的元素是怎么存储呢,就是在同样的哈希值下顺延（可以认为哈希值相同的元素放在一个哈希桶中）。也就是哈希一样的存一列。HashSet 通过 hashCode 值来确定元素在内存中的位置。一个 hashCode 位置上可以存放多个元素。

7 介绍下TreeSet（二叉树）

TreeSet()是使用二叉树的原理对新 add()的对象按照指定的顺序排序（升序、降序），每增加一个对象都会进行排序，将对象插入的二叉树指定的位置。
Integer 和 String 对象都可以进行默认的 TreeSet 排序，而自定义类的对象是不可以的，自己定义的类必须实现 Comparable 接口，并且覆写相应的 compareTo()函数，才可以正常使用。
在覆写 compare()函数时，要返回相应的值才能使 TreeSet 按照一定的规则来排序
比较此对象与指定对象的顺序。如果该对象小于、等于或大于指定对象，则分别返回负整数、零或正整数。

8 介绍下LinkedHashSet（HashSet+LinkedHashMap）

对于 LinkedHashSet 而言，它继承与 HashSet、又基于 LinkedHashMap 来实现的。LinkedHashSet 底层使用 LinkedHashMap 来保存所有元素，它继承与 HashSet，其所有的方法操作上又与 HashSet 相同，因此 LinkedHashSet 的实现上非常简单，只提供了四个构造方法，并通过传递一个标识参数，调用父类的构造器，底层构造一个 LinkedHashMap 来实现，在相关操作上与父类 HashSet 的操作相同，直接调用父类 HashSet 的方法即可。

9 HashMap（数组+链表+红黑树）

HashMap 根据键的 hashCode 值存储数据，大多数情况下可以直接定位到它的值，因而具有很快的访问速度，但遍历顺序却是不确定的。 HashMap 最多只允许一条记录的键为 null，允许多条记录的值为 null。HashMap 非线程安全，即任一时刻可以有多个线程同时写 HashMap，可能会导致数据的不一致。如果需要满足线程安全，可以用 Collections 的 synchronizedMap 方法使HashMap 具有线程安全的能力，或者使用 ConcurrentHashMap

10 介绍下ConcurrentHashMap

10.1 Segment段

ConcurrentHashMap 和 HashMap 思路是差不多的，但是因为它支持并发操作，所以要复杂一些。整个 ConcurrentHashMap 由一个个 Segment 组成，Segment 代表”部分“或”一段“的意思，所以很多地方都会将其描述为分段锁。注意，行文中，我很多地方用了“槽”来代表一个segment。

10.2 线程安全（Segment继承ReentrantLock加锁）

简单理解就是，ConcurrentHashMap 是一个 Segment 数组，Segment 通过继承ReentrantLock 来进行加锁，所以每次需要加锁的操作锁住的是一个 segment，这样只要保证每个 Segment 是线程安全的，也就实现了全局的线程安全。

10.3 并行度（默认 16）

concurrencyLevel：并行级别、并发数、Segment 数，怎么翻译不重要，理解它。默认是 16，也就是说 ConcurrentHashMap 有 16 个 Segments，所以理论上，这个时候，最多可以同时支持 16 个线程并发写，只要它们的操作分别分布在不同的 Segment 上。这个值可以在初始化的时候设置为其他值，但是一旦初始化以后，它是不可以扩容的。再具体到每个 Segment 内部，其实每个 Segment 很像之前介绍的 HashMap，不过它要保证线程安全，所以处理起来要麻烦些。

10.4 Java8 实现（引入了红黑树）

Java8 对 ConcurrentHashMap 进行了比较大的改动,Java8 也引入了红黑树。

11 HashTable（线程安全）

Hashtable 是遗留类，很多映射的常用功能与 HashMap 类似，不同的是它承自 Dictionary 类，并且是线程安全的，任一时间只有一个线程能写 Hashtable，并发性不如 ConcurrentHashMap，因为 ConcurrentHashMap 引入了分段锁。Hashtable 不建议在新代码中使用，不需要线程安全的场合可以用 HashMap 替换，需要线程安全的场合可以用 ConcurrentHashMap 替换。

12 TreeMap（可排序）

TreeMap 实现 SortedMap 接口，能够把它保存的记录根据键排序，默认是按键值的升序排序，也可以指定排序的比较器，当用 Iterator 遍历 TreeMap 时，得到的记录是排过序的。如果使用排序的映射，建议使用 TreeMap。在使用 TreeMap 时，key 必须实现 Comparable 接口或者在构造 TreeMap 传入自定义的Comparator，否则会在运行时抛出 java.lang.ClassCastException 类型的异常。

参考：https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-tree/index.html

13 LinkHashMap（记录插入顺序）

LinkedHashMap 是 HashMap 的一个子类，保存了记录的插入顺序，在用 Iterator 遍历LinkedHashMap 时，先得到的记录肯定是先插入的，也可以在构造时带参数，按照访问次序排序。

参考：http://www.importnew.com/20386.html#comment-648123

14 说说Hashtable 与 HashMap 的区别

本来不想这么写标题的，但是无奈，面试官都喜欢这么问 HashMap。

出生的版本不一样，Hashtable 出生于 Java 发布的第一版本 JDK 1.0，HashMap 出生于 JDK1.2。
都实现了 Map、Cloneable、Serializable（当前 JDK 版本 1.8）。
HashMap 继承的是 AbstractMap，并且 AbstractMap 也实现了 Map 接口。Hashtable 继承Dictionary。
Hashtable 中大部分 public 修饰普通方法都是 synchronized 字段修饰的，是线程安全的，HashMap 是非线程安全的。
Hashtable 的 key 不能为 null，value 也不能为 null，这个可以从 Hashtable 源码中的 put 方法看到，判断如果 value 为 null 就直接抛出空指针异常，在 put 方法中计算 key 的 hash 值之前并没有判断 key 为 null 的情况，那说明，这时候如果 key 为空，照样会抛出空指针异常。
HashMap 的 key 和 value 都可以为 null。在计算 hash 值的时候，有判断，如果key==null ，则其 hash=0 ；至于 value 是否为 null，根本没有判断过。
Hashtable 直接使用对象的 hash 值。hash 值是 JDK 根据对象的地址或者字符串或者数字算出来的 int 类型的数值。然后再使用除留余数法来获得最终的位置。然而除法运算是非常耗费时间的，效率很低。HashMap 为了提高计算效率，将哈希表的大小固定为了 2 的幂，这样在取模预算时，不需要做除法，只需要做位运算。位运算比除法的效率要高很多。
Hashtable、HashMap 都使用了 Iterator。而由于历史原因，Hashtable 还使用了Enumeration 的方式。
默认情况下，初始容量不同，Hashtable 的初始长度是 11，之后每次扩充容量变为之前的 2n+1（n 为上一次的长度）而 HashMap 的初始长度为 16，之后每次扩充变为原来的两倍。

另外在 Hashtable 源码注释中有这么一句话：

Hashtable is synchronized. If a thread-safe implementation is not needed, it is recommended to use HashMap in place of Hashtable . If a thread-safe highly concurrent implementation is desired, then it is recommended to use ConcurrentHashMap in place of Hashtable.

大致意思：Hashtable 是线程安全，推荐使用 HashMap 代替 Hashtable；如果需要线程安全高并发的话，推荐使用 ConcurrentHashMap 代替 Hashtable。

这个回答完了，面试官可能会继续问：HashMap 是线程不安全的，那么在需要线程安全的情况下还要考虑性能，有什么解决方式？

这里最好的选择就是 ConcurrentHashMap 了，但面试官肯定会叫你继续说一下ConcurrentHashMap 数据结构以及底层原理等。

15 HashMap中的key** 我们可以使用任何类作为key吗？

平时可能大家使用的最多的就是使用 String 作为 HashMap 的 key，但是现在我们想使用某个自定义类作为 HashMap 的 key，那就需要注意以下几点：

如果类重写了 equals 方法，它也应该重写 hashCode 方法。
类的所有实例需要遵循与 equals 和 hashCode 相关的规则。
如果一个类没有使用 equals，你不应该在 hashCode 中使用它。
咱们自定义 key 类的最佳实践是使之为不可变的，这样，hashCode 值可以被缓存起来，拥有更好的性能。不可变的类也可以确保 hashCode 和 equals 在未来不会改变，这样就会解决与可变相关的问题了。

16 HashMap 的长度为什么是2的 N 次方呢？

为了能让 HashMap 存数据和取数据的效率高，尽可能地减少 hash 值的碰撞，也就是说尽量把数据能均匀的分配，每个链表或者红黑树长度尽量相等。我们首先可能会想到 % 取模的操作来实现。

下面是回答的重点哟：

取余（%）操作中如果除数是 2 的幂次，则等价于与其除数减一的与（&）操作（也就是说hash % length == hash &(length - 1) 的前提是 length 是 2 的 n 次方）。并且，采用二进制位操作 & ，相对于 % 能够提高运算效率。

这就是为什么 HashMap 的长度需要 2 的 N 次方了。

17 HashMap 与 ConcurrentHashMap 的异同

都是 key-value 形式的存储数据；
HashMap 是线程不安全的，ConcurrentHashMap 是 JUC 下的线程安全的；
HashMap 底层数据结构是数组 + 链表（JDK 1.8 之前）。JDK 1.8 之后是数组 + 链表 + 红黑树。当链表中元素个数达到 8 的时候，链表的查询速度不如红黑树快，链表会转为红黑树，红黑树查询速度快；
HashMap 初始数组大小为 16（默认），当出现扩容的时候，以 0.75 * 数组大小的方式进行扩容；
ConcurrentHashMap 在 JDK 1.8 之前是采用分段锁来现实的 Segment + HashEntry，Segment 数组大小默认是 16，2 的 n 次方；JDK 1.8 之后，采用 Node + CAS + Synchronized来保证并发安全进行实现。

18 ArrayList 和 linkedList的区别

Array（数组）是基于索引(index)的数据结构，它使用索引在数组中搜索和读取数据是很快的。Array获取数据的时间复杂度是O(1),但是要删除数据却是开销很大，因为这需要重排数组中的所有数据, (因为删除数据以后, 需要把后面所有的数据前移)

缺点: 数组初始化必须指定初始化的长度, 否则报错

例如:

int[] a = new int[4];//推介使用int[] 这种方式初始化

int c[] = {23,43,56,78};//长度：4，索引范围：[0,3]

List是一个有序的集合，可以包含重复的元素，提供了按索引访问的方式，它继承Collection。

List有两个重要的实现类：ArrayList和LinkedList

ArrayList: 可以看作是能够自动增长容量的数组

ArrayList的toArray方法返回一个数组

ArrayList的asList方法返回一个列表

ArrayList底层的实现是Array, 数组扩容实现

LinkList是一个双链表在添加和删除元素时具有比ArrayList更好的性能，但在get与set方面弱于ArrayList.当然这些对比都是指数据量很大或者操作很频繁。

19 HashMap和HashTable的区别

19.1 两者父类不同

HashMap是继承自AbstractMap类，而Hashtable是继承自Dictionary类。不过它们都实现了同时实现了map、Cloneable（可复制）、Serializable（可序列化）这三个接口。

19.2 对外提供的接口不同

Hashtable比HashMap多提供了elments() 和contains() 两个方法。 elments() 方法继承自Hashtable的父类Dictionnary。elements() 方法用于返回此Hashtable中的value的枚举。contains()方法判断该Hashtable是否包含传入的value。它的作用与containsValue()一致。事实上，contansValue() 就只是调用了一下contains() 方法。

19.3 对null的支持不同

Hashtable：key和value都不能为null。

HashMap：key可以为null，但是这样的key只能有一个，因为必须保证key的唯一性；可以有多个key值对应的value为null。

19.4 安全性不同

HashMap是线程不安全的，在多线程并发的环境下，可能会产生死锁等问题，因此需要开发人员自己处理多线程的安全问题。

Hashtable是线程安全的，它的每个方法上都有synchronized 关键字，因此可直接用于多线程中。

虽然HashMap是线程不安全的，但是它的效率远远高于Hashtable，这样设计是合理的，因为大部分的使用场景都是单线程。当需要多线程操作的时候可以使用线程安全的ConcurrentHashMap。

ConcurrentHashMap虽然也是线程安全的，但是它的效率比Hashtable要高好多倍。因为ConcurrentHashMap使用了分段锁，并不对整个数据进行锁定。

19.5 初始容量大小和每次扩充容量大小不同

19.6 计算hash值的方法不同

20 Collection包结构，与Collections的区别

Collection是集合类的上级接口，子接口有 Set、List、LinkedList、ArrayList、Vector、Stack、Set；

Collections是集合类的一个帮助类，它包含有各种有关集合操作的静态多态方法，用于实现对各种集合的搜索、排序、线程安全化等操作。此类不能实例化，就像一个工具类，服务于Java的Collection框架。