java集合面试题总结及答案(java集合框架详解)

本章节主要分享一些Java中的集合在面试中常问的高频问题,这里给出的是相对比较简略的答案,不过针对面试的回答,这些就足够了,另外就是一定要加入自己的个人理解,不要背书形式的回答。 1.Java中的集合框架有哪些? 回答:Java集合框架主要包括两种类型的容器,一种是集合(Collection),存储一个元素集合,另一种是图(Map),存储键/值对映射。 Collection接口又有3种子类型,Li...

本章节主要分享一些Java中的集合在面试中常问的高频问题,这里给出的是相对比较简略的答案,不过针对面试的回答,这些就足够了,另外就是一定要加入自己的个人理解背书形式的回答。

1.Java中的集合框架有哪些?

回答:Java 集合框架主要包括两种类型的容器,一种是集合(Collection),存储一个元素集合,另一种是图(Map),存储键/值对映射。

Collection 接口又有 3 种子类型,List、Set 和 Queue,再下面是一些抽象类,最后是具体实现类,常用的有 ArrayList、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、HashMap、TreeMap、LinkedHashMap 等等。

2.ArrayList和LinkedList的底层实现和区别?

回答:ArrayList底层使用的是 Object数组;LinkedList底层使用的是 双向链表 数据结构。

ArrayList:增删慢、查询快,线程不安全,对元素必须连续存储。

LinkedList:增删快,查询慢,线程不安全。

追问:说说ArrayList的扩容机制?

回答:通过阅读ArrayList的源码我们可以发现当以无参数构造方法创建 ArrayList 时,实际上初始化赋值的是一个空数组。当真正对数组进行添加元素操作时,才真正分配容量。即向数组中添加第一个元素时,数组容量扩为 10。当插入的元素个数大于当前容量时,就需要进行扩容了, ArrayList 每次扩容之后容量都会变为原来的 1.5 倍左右

3.HashMap的底层实现?扩容?是否线程安全?

回答:在jdk1.7之前HashMap是基于数组和链表实现的,而且采用头插法。

而jdk1.8 之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。采用尾插法。

HashMap默认的初始化大小为 16。当HashMap中的元素个数之和大于负载因子*当前容量的时候就要进行扩充,容量变为原来的 2 倍。(这里注意不是数组中的个数,而且数组中和链/树中的所有元素个数之和!)

注意:我们还可以在预知存储数据量的情况下,提前设置初始容量(初始容量 = 预知数据量 / 加载因子)。这样做的好处是可以减少 resize() 操作,提高 HashMap 的效率

美团面试的时候问到这个问题,还给出具体的值,让我算出初始值设置为多少合适?

HashMap是线程不安全的,其主要体现:

1.在jdk1.7中,在多线程环境下,扩容时会造成环形链或数据丢失。

2.在jdk1.8中,在多线程环境下,会发生数据覆盖的情况。

追问:HashMap扩容的时候为什么是2的n次幂?

回答:数组下标的计算方法是(n-1)& hash,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,这就解释了 HashMap 的长度为什么是2的幂次方。

追问:HashMap的put方法说一下。

回答:通过阅读源码,可以从jdk1.7和1.8两个方面来回答

1.根据key通过哈希算法与与运算得出数组下标

2.如果数组下标元素为空,则将key和value封装为Entry对象(JDK1.7是Entry对象,JDK1.8是Node对象)并放入该位置。

3.如果数组下标位置元素不为空,则要分情况

(i)如果是在JDK1.7,则首先会判断是否需要扩容,如果要扩容就进行扩容,如果不需要扩容就生成Entry对象,并使用头插法添加到当前链表中。

(ii)如果是在JDK1.8中,则会先判断当前位置上的TreeNode类型,看是红黑树还是链表Node

​ (a)如果是红黑树TreeNode,则将key和value封装为一个红黑树节点并添加到红黑树中去,在这个过程中会判断红黑树中是否存在当前key,如果存在则更新value。

​ (b)如果此位置上的Node对象是链表节点,则将key和value封装为一个Node并通过尾插法插入到链表的最后位置去,因为是尾插法,所以需要遍历链表,在遍历过程中会判断是否存在当前key,如果存在则更新其value,当遍历完链表后,将新的Node插入到链表中,插入到链表后,会看当前链表的节点个数,如果大于8,则会将链表转为红黑树

​ (c)将key和value封装为Node插入到链表或红黑树后,在判断是否需要扩容,如果需要扩容,就结束put方法。

追问:HashMap源码中在计算hash值的时候为什么要右移16位?

回答:我的理解是让元素在HashMap中更加均匀的分布,具体的可以看下图,下图是《阿里调优手册》里说的。

4.Java中线程安全的集合有哪些?

Vector:就比Arraylist多了个同步化机制(线程安全)。

Hashtable:就比Hashmap多了个线程安全。

ConcurrentHashMap:是一种高效但是线程安全的集合。

Stack:栈,也是线程安全的,继承于Vector。

追问:说一下ConcurrentHashMap的底层实现,它为什么是线程安全的?

回答:在jdk1.7是 分段的数组+链表 ,jdk1.8的时候跟HashMap1.8的时候一样都是基于数组+链表/红黑树。

ConcurrentHashMap是线程安全的

(1)在jdk1.7的时候是使用分段所segment,每一把锁只锁容器其中一部分数据,多线程访问容器里不同数据段的数据,就不会存在锁竞争,提高并发访问率。

(2)在jdk1.8的时候摒弃了 Segment的概念,而是直接用 Node 数组+链表+红黑树的数据结构来实现,并发控制使用 synchronizedCAS 来操作。synchronized只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点。

5.HashMap和Hashtable的区别

回答:

(1)线程是否安全: HashMap 是非线程安全的,HashTable 是线程安全的,因为 HashTable 内部的方法基本都经过synchronized 修饰。(如果你要保证线程安全的话就使用 ConcurrentHashMap 吧!);

(2)对 Null key 和 Null value 的支持: HashMap 可以存储 null 的 key 和 value,但 null 作为键只能有一个,null 作为值可以有多个;HashTable 不允许有 null 键和 null 值,否则会抛出 NullPointerException。

(3)初始容量大小和每次扩充容量大小的不同 : ① 创建时如果不指定容量初始值,Hashtable 默认的初始大小为 11,之后每次扩充,容量变为原来的 2n+1。HashMap 默认的初始化大小为 16。之后每次扩充,容量变为原来的 2 倍。② 创建时如果给定了容量初始值,那么 Hashtable 会直接使用你给定的大小,而 HashMap 会将其扩充为 2 的幂次方大小(HashMap 中的tableSizeFor()方法保证,下面给出了源代码)。也就是说 HashMap 总是使用 2 的幂作为哈希表的大小,后面会介绍到为什么是 2 的幂次方。

(4)底层数据结构: JDK1.8 以后的 HashMap 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 没有这样的机制。

(5)效率: 因为线程安全的问题,HashMap 要比 HashTable 效率高一点。另外,HashTable 基本被淘汰,不要在代码中使用它;

6.HashMap和TreeMap的区别?

回答:

1、HashMap是通过hash值进行快速查找的;HashMap中的元素是没有顺序的;TreeMap中所有的元素都是有某一固定顺序的,如果需要得到一个有序的结果,就应该使用TreeMap;

2、HashMap和TreeMap都是线程不安全的;

3、HashMap继承AbstractMap类;覆盖了hashcode() 和equals() 方法,以确保两个相等的映射返回相同的哈希值;

TreeMap继承SortedMap类;它保持键的有序顺序;

4、HashMap:基于hash表实现的;使用HashMap要求添加的键类明确定义了hashcode() 和equals() (可以重写该方法);为了优化HashMap的空间使用,可以调优初始容量和负载因子;

TreeMap:基于红黑树实现的;TreeMap就没有调优选项,因为红黑树总是处于平衡的状态;

5、HashMap:适用于Map插入,删除,定位元素;

TreeMap:适用于按自然顺序或自定义顺序遍历键(key)

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