【2】Java集合

Java集合

1.常用的集合类有哪些？

Map接口和Collection接口是所有集合框架的父接口。

2.List、Set、Map三者的区别

• List：有序集合，存入和取出顺序相同，可存储重复元素，可存储多个null
• Set：无序集合，存入和取出顺序不同，不可存储重复元素，只能存储一个null
• Map：使用键值对的方式对元素进行存储，key是无序且唯一的，value值不唯一

3.常用集合框架底层数据结构

• List：
  • ArrayList：数组
  • LinkedList：双向链表
• Set：
  • HashSet：底层基于HashMap实现，HashSet存入读取元素的方式和HashMap中的key是一致的
  • TreeSet：红黑树
• Map：
  • HashMap：JDK1.8之前HashMap由数组+链表组成的，JDK1.8之后有数组+链表/红黑树组成，当链表长度大于8且数组长度(数据总量)超过64，链表转化为红黑树，当长度小于6时，从红黑树转化为链表。
  • HashTable：数组+链表
  • TreeMap：红黑树

4.线程安全的集合有哪些

• Vector：所有需要保证线程安全的方法都添加了synchornized关键字，锁住整个对象，但由于加锁会导致性能降低到一定程度，在不需要并发访问同一对象时，这样强制性的同步机制就显得多余，所以被抛弃了
• HashTable：和Vector类似，所以也被抛弃了
• Collections：Collections针对了各种集合来声明了一个线程安全的包装类，它在原集合的基础上添加了锁对象，这样就使得集合中的每个方法都能够通过这个锁对象来实现同步。

  ListsynArrayList = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
  SetsynHashSet = Collections.synchronizedSet(new HashSet());
  MapsynHashMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
  

5.迭代器Iterator

Iterator是Java迭代器最简单的实现，Iterator接口提供遍历任何Collection的接口。

6.Java集合的快速失败机制fail-fast和安全失败机制fail-safe是什么

• 快速失败：Java的快速失败机制是Java集合框架中的一种错误检测机制，当多个线程同时对集合的内容进行修改时可能会抛出ConcurrentModificationException异常；在单线程中使用增强for循环中一边遍历集合一边修改集合的元素也会抛出ConcurrentModificationException异常，可以使用Iterator.remove()方法可以边遍历边移除Collection中的元素。
• 安全失败机制：在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。所以在遍历的过程中对原集合所做的修改并不能被迭代器检测到，所以不会抛出ConcurrentModificaitonException异常。缺点是迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝，在遍历期间原集合发生了修改，迭代器是无法访问到修改后的内容。java.util.concurrent包下的容器都是安全失败，可以在多线程下并发使用。

7.Array和ArrayList区别

• 存储类型不同

  • Array:只可存储基本数据类型和对象
  • ArrayList:只能存储对象

• 大小不同

  • Array:被设置为固定大小
  • ArrayList:是一个可变数组,大小可自动调整

• 对象所包含的方法不同

  • Array:所包含的方法没有ArrayList多
  • ArrayList有很多操作方法:addAll、removeAll、iteration等

8.Comparable和Comparator的区别

• 所属包不同
  • Comparable接口属于java.lang
  • Comparator接口属于java.util
• 排序需求不同
  • 很多包装类如Integer、String都实现了Comparable接口，可以直接调用Collections.sort()可直接使用
  • Comparator可以定义多种排序规则，在面对自定义排序需求时，选择Comparator

9.Collection和Collections的区别

• Collection是一个集合接口，提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法
• Conllections是一个集合工具类，提供了一系列静态方法，如sort()等

10.遍历List方式

• for循环
• Iterator
• foreach
  顺序存储的可以用for循环，链表存储的用Iterator或foreach

11.ArrayList扩容机制

ArrayList初始容量为10，扩容时=旧容量值+旧容量值右移一位；位运算，相当于除以2，位运算效率更高，所以每次扩容都是旧容量值的1.5倍。

12.ArrayList和LinkedList区别

• 底层结构：ArrayList是数组；LinkedList是链表
• 内存占用：ArrayList扩容问题，存在空间浪费；LinkedList插入问题，每个元素都要消耗空间
• 应用场景：ArrayList多查，少增删；LinkedList多增删，少查

13.ArrayList和Vector区别

• 线程安全：ArrayList线程不安全；Vector线程安全
• 性能：Vector使用synchronized进行加锁，性能比ArrayList差
• 扩容：ArrayList旧容量的1.5倍；Vector旧容量的2倍

14.HashSet使用原理

HashSet底层是HashMap，默认构造函数是构造一个初始容量16，负载因子0.75的HashMap。HashSet的值存放于HashMap的key上，HashMap的value统一为present。

15.HashSet如何查重

HashSet特点是存储元素无序且唯一，在将对象存储在HashSet之前，要确保重写hashCode()方法和equals()方法，这样才能比较对象的值是否相等，确保集合中没有储存相同的对象。
在向HashSet添加值时，会先计算对象的hashCode来确定该对象的存储位置，如果该位置没有其他对象，直接将该对象添加到该位置；如果该存储位置有其他对象，调用equals()判断两个对象是否相同，相同则添加失败，不相同则将该对象重新散列到其他位置。

16.HashMap的长度为什么是2的幂次方

因为HashMap是通过key的hash值来确定存储位置的，但是hash的范围是-2³²到2³²-1，不可能建立一个这么大的数组来覆盖所有的hash值，所以在计算完hash值后会对数组的长度进行取余操作，如果数组的长度是2的幂次方，(length-1)&hash = hash%length，位运算可替代取余的操作，从而提高性能。

17.HashMap扩容机制

• HashMap初始容量为16，负载因子0.75，阈值为16*0.75
• 当容量大于阈值时，调用resize()进行扩容，每次扩容，都是之前的两倍
• 扩容时判断e.hash&table.length，hash值对数组长度的取余操作，若等于0，位置不变，若等于1，位置变为原位置+旧容量

18.为什么HashMap红黑树的阈值是8，为什么不直接使用红黑树

• 红黑树节点空间是普通链表节点的两倍，但是查找的空间复杂度低，所以节点比较多时，红黑树的优点才能体现。8是数据分析的出来的结果，链表长度到达8的概率极低。
• 当链表长度大于8且数组长度(数据总量)size()超过64，链表转化为红黑树;如果size()没达到，链表长度大于8的话，会直接扩容。

19.HashMap多线程导致死循环问题

由于JDK1.7的HashMap在遇到hash冲突时采用的是头插法，在多线程的情况下会导致死循环问题；JDK1.8已经改成了尾插法，不存在这个问题了，但是JDK1.8的HashMap仍然是不安全的，在多线程情况下仍然会出现线程安全问题。

20.HashMap在JDK1.7和JDK1.8中有哪些不同

	JDK1.7	JDK1.8	JDK1.8优势
底层结构	数组+链表	数组+链表/红黑树	链表过长时可转换为红黑树，提高查询效率
hash值计算方式	9次扰动=4次位运算+5次异或运算	2次扰动=1次位运算+1次异或运算	可以均匀地把之前冲突的节点分散到新的桶
插入数据方式	头插法	尾插法	解决多线程导致的死循环问题
扩容后存储位置计算方式	重新进行hash计算	原位置/原位置+旧容量	省去了重新计算hash的时间
JDK1.8的两次扰动分别是 key.hashCode()与key.hashCode()右移16位进行异或，这样做的目的是，高16位不变，低16位于高16位进行疑惑操作，进而减少碰撞的发生，高低位都参与到hash的计算。

21.ConcurrentHashMap底层实现

JDK1.7
一个ConcurrentHashMap数组包含了一个Segment数组（实现了ReentrantLock），一个Segment数组包含了一个HashEntry数组，HashEntry是一个链表结构，如果要获取HashEntry里的元素，首先要获取Segment锁

JDK1.8
Node数组+链表/红黑树，采用synchronized+CAS来保证线程安全，synchronized只锁链表/红黑树的头节点

• JDK1.7底层是Segment（实现了ReentrantLock）+HashEntry，JDK1.8是Node数组+链表/红黑树（实现了synchronized+CAS）
• JDK1.7实现的是分段锁，同时锁住几个HashEntry，JDK1.8锁的是链表/红黑树的头节点，只要没有发生hash冲突，就不会产生锁的竞争，粒度更小，提高了ConcurrentHashMap的并发能力

22.HashMap、ConcurrentHashMap、HashTable区别

	HashMap(JDK1.8)	ConcurrentHashMap(JDK1.8)	HashTable
底层结构	数组+链表/红黑树	数组+链表/红黑树	数组+链表
线程安全	线程不安全	线程安全	线程安全
效率	高	较高	低
扩容	初始16，每次扩容2n	初始16，每次扩容2n	初始11，每次扩容2n+1
是否支持Null key或Null value	可以有一个Null key，Null value	不支持	不支持