java5道集合面试题

1. 什么是Java集合框架？它主要包含哪些接口和类？

答案：
Java集合框架是一个用于存储和处理对象的统一架构，提供了多种数据结构来满足不同的需求。集合框架的主要接口和类包括：

• Collection接口：是所有集合类的根接口，包括List、Set和Queue。
  • List：有序集合，允许重复元素，如ArrayList、LinkedList。
  • Set：不允许重复元素，如HashSet、TreeSet。
  • Queue：队列接口，用于实现先进先出（FIFO）的数据结构，如LinkedList。
• Map接口：键值对集合，不允许重复键，如HashMap、TreeMap、Hashtable。
• 其他工具类：如Collections（提供静态方法操作集合）和Arrays（操作数组）。

2. ArrayList和LinkedList的区别是什么？

答案：
ArrayList和LinkedList都是List接口的实现类，但它们的内部实现和性能特点有所不同：

• 内部实现：
  • ArrayList基于动态数组实现，支持快速随机访问（通过索引）。
  • LinkedList基于双向链表实现，适合频繁的插入和删除操作。
• 性能特点：
  • 随机访问：ArrayList的随机访问速度快（O(1)），而LinkedList需要从头或尾遍历链表（O(n)）。
  • 插入和删除：LinkedList在插入和删除操作上更高效（O(1)），而ArrayList可能需要移动大量元素（O(n)）。
• 内存占用：
  • LinkedList每个节点需要额外的空间存储指针，因此内存占用相对较大。
  • ArrayList内存占用相对较小，但可能需要动态扩容。

3. HashMap和TreeMap的区别是什么？

答案：
HashMap和TreeMap都是Map接口的实现类，但它们的实现方式和特性不同：

• 内部实现：
  • HashMap基于哈希表实现，通过键的hashCode方法计算存储位置。
  • TreeMap基于红黑树（一种自平衡二叉搜索树）实现，按键的自然顺序或指定的比较器排序。
• 性能特点：
  • 插入和删除：HashMap的插入和删除操作平均时间复杂度为O(1)，而TreeMap为O(log n)。
  • 排序：TreeMap按键的自然顺序或指定顺序排序，而HashMap不保证顺序。
• 线程安全性：
  • 两者都不是线程安全的，如果需要线程安全的Map，可以使用ConcurrentHashMap或通过Collections.synchronizedMap()包装。

4. 如何实现线程安全的集合？

答案：
Java提供了多种方式来实现线程安全的集合：

• 使用同步集合：
  • Vector（线程安全的List）。
  • Hashtable（线程安全的Map）。
• 使用并发集合：
  • ConcurrentHashMap：线程安全的Map，性能优于Hashtable。
  • CopyOnWriteArrayList：线程安全的List，适合读多写少的场景。
  • BlockingQueue：线程安全的队列，如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue。
• 通过Collections.synchronizedXxx包装：
  • 使用Collections.synchronizedList()、Collections.synchronizedMap()等方法将普通集合包装为线程安全的集合。
• 使用锁机制：
  • 在集合操作中手动添加锁（如ReentrantLock）来保证线程安全。

5. 什么是HashSet？它是如何保证元素唯一性的？

答案：
HashSet是Set接口的一个实现类，基于HashMap实现，用于存储不重复的元素。

• 保证元素唯一性：
  • HashSet通过元素的hashCode()和equals()方法来保证唯一性。
  • 当添加元素时，HashSet首先计算元素的hashCode()值，确定存储位置。如果该位置已经有元素，则调用equals()方法比较，如果返回true，则认为是重复元素，不会添加。
• 注意事项：
  • 如果自定义对象作为HashSet的元素，需要重写hashCode()和equals()方法，以确保正确判断元素的唯一性。