Java面试系列04：Java基础之集合面试问题解答（上）

1. ArrayList 和 Vector 的区别。

1） Vector的方法都是同步的(Synchronized),是线程安全的(thread-safe)，而ArrayList的方法不是，由于线程的同步必然要影响性能，因此,ArrayList的性能比Vector好。
2） 当Vector或ArrayList中的元素超过它的初始大小时,Vector会将它的容量翻倍,而ArrayList只增加50%的大小，这样,ArrayList就有利于节约内存空间。

2. 说说 ArrayList,Vector, LinkedList 的存储性能和特性。

ArrayList和Vector都是使用数组方式存储数据，此数组元素数大于实际存储的数据以便增加和插入元素，它们都允许直接按序号索引元素，但是插入元素要涉及数组元素移动等内存操作，所以索引数据快而插入数据效率较低，Vector由于使用了synchronized（同步）方法（线程安全），通常性能上较ArrayList差。
LinkedList使用双向链表实现存储，按序号索引数据需要进行前向或后向遍历，但是插入数据时只需要记录本项的前后项即可，所以插入速度较快。LinkedList也是线程不安全的，LinkedList提供了一些方法，使得LinkedList可以被当作堆栈和队列来使用。

3. 快速失败 (fail-fast) 和安全失败 (fail-safe) 的区别是什么？答案来自牛客

一：快速失败（fail—fast）
在用迭代器遍历一个集合对象时，如果遍历过程中对集合对象的结构进行了修改（增加、删除），则会抛出Concurrent Modification Exception。
原理: 迭代器在遍历时直接访问集合中的内容，并且在遍历过程中使用一个 modCount 变量。集合在被遍历期间如果结构发生变化，就会改变modCount的值。每当迭代器使用hashNext()/next()遍历下一个元素之前，都会检测modCount变量是否为expectedmodCount值，是的话就返回遍历；否则抛出异常，终止遍历。
注意: 这里异常的抛出条件是检测到 modCount！=expectedmodCount 这个条件。如果集合发生变化时修改modCount值刚好又设置为了expectedmodCount值，则异常不会抛出。因此，不能依赖于这个异常是否抛出而进行并发操作的编程，这个异常只建议用于检测并发修改的bug。
场景: java.util包下的集合类都是快速失败的，不能在多线程下发生并发修改（迭代过程中被修改）。
二：安全失败（fail—safe）
采用安全失败机制的集合容器，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。
原理：由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历，所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到，所以不会触发Concurrent Modification Exception。
缺点：基于拷贝内容的优点是避免了Concurrent Modification Exception，但同样地，迭代器并不能访问到修改后的内容，即：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的修改迭代器是不知道的。
场景：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，并发修改。

4. hashmap 的数据结构。

HashMap采取数组加链表的存储方式来实现。亦即数组（散列桶）中的每一个元素都是链表。

如果发生hash冲突，HashMap会将同一个桶中的数据（hashCode相同）以链表的形式存储，但是如果发生hash冲突的概率比较高，就会导致同一个桶中的链表长度过长，遍历效率降低，所以在JDK1.8中如果链表长度到达阀值(默认是8)，就会将链表转换成红黑二叉树。红黑树最长路径不超过最短路径的两倍。

6. Hashmap 什么时候进行扩容呢？

当HashMap中的元素越来越多的时候，碰撞的几率也就越来越高（因为数组的长度是固定的），所以为了提高查询的效率，就要对HashMap的数组进行扩容，数组扩容这个操作也会出现在ArrayList中，所以这是一个通用的操作，很多人对它的性能表示过怀疑，不过想想我们的“均摊”原理，就释然了，而在hashmap数组扩容之后，最消耗性能的点就出现了：原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置，并放进去，这就是resize。
那么HashMap什么时候进行扩容呢？当hashmap中的元素个数超过数组大小*loadFactor时，就会进行数组扩容，loadFactor的默认值为0.75，也就是说，默认情况下，数组大小为16，那么当hashmap中元素个数超过160.75=12的时候，就把数组的大小扩展为216=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知hashmap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高hashmap的性能。比如说，我们有1000个元素new HashMap(1000), 但是理论上来讲new HashMap(1024)更合适，不过上面annegu已经说过，即使是1000，hashmap也自动会将其设置为1024。 但是new HashMap(1024)还不是更合适的，因为0.75*1000 < 1000, 也就是说为了让0.75 * size > 1000, 我们必须这样new HashMap(2048)才最合适，既考虑了&的问题，也避免了resize的问题。

7. List、Map、Set 三个接口，存取元素时，各有什么特点？

List与Set都是单列元素的集合，它们有一个功共同的父接口Collection。

Set里面不允许有重复的元素：
存元素：add方法有一个boolean的返回值，当集合中没有某个元素，此时add方法可成功加入该元素时，则返回true；当集合含有与某个元素equals相等的元素时，此时add方法无法加入该元素，返回结果为false。
取元素：没法说取第几个，只能以Iterator接口取得所有的元素，再逐一遍历各个元素。

List表示有先后顺序的集合，
存元素：多次调用add(Object)方法时，每次加入的对象按先来后到的顺序排序，也可以插队，即调用add(int index,Object)方法，就可以指定当前对象在集合中的存放位置。
取元素：
方法1：Iterator接口取得所有，逐一遍历各个元素
方法2：调用get(index i)来明确说明取第几个。

Map是双列的集合，存放用put方法:put(obj key,obj value)，每次存储时，要存储一对key/value，不能存储重复的key，这个重复的规则也是按equals比较相等。
取元素：
用get(Object key)方法根据key获得相应的value。
也可以获得所有的key的集合，还可以获得所有的value的集合，
还可以获得key和value组合成的Map.Entry对象的集合。

List以特定次序来持有元素，可有重复元素。
Set 无法拥有重复元素,内部排序。
Map 保存key-value值，value可多值。

8. Set 里的元素是不能重复的，那么用什么方法来区分重复与否呢? 是用 == 还是 equals()? 它们有何区别?

先比较此对象与原有对象的哈希值有没有一样的，如果都不一样就直接存入；
如果有与之相同的哈希值，则要继续比较这两个对象是否为同一个对象，此时就要调用对象的equals()方法了。
总之，只有HashCode的值相同时，才会调用equals()方法。
== 还是 equals()的区别见我之前的博客，这里不再赘述。

9. 两个对象值相同 (x.equals(y) == true)，但却可有不同的 hash code，这句话对不对?

不对，有相同的 hash code
这是java语言的定义：

1. 对象相等则hashCode一定相等；
2. hashCode相等对象未必相等
   虽然可以编程实现这句话，但是这是不符合标准的。
   当然，你未必要按照要求去做，但是如果你违背了上述原则就会发现在使用容器时，相同的对象可以出现在Set集合中（详细解释看问题8），同时增加新元素的效率会大大下降（对于使用哈希存储的系统，如果哈希码频繁的冲突将会造成存取性能急剧下降）。

10. heap 和 stack 有什么区别？

简单的可以理解为：
heap（堆）：是由malloc之类函数分配的空间所在地。地址是由低向高增长的。
stack（栈）：是自动分配变量，以及函数调用的时候所使用的一些空间。地址是由高向低减少的。
详细看前面JVM。

11. Java 集合类框架的基本接口有哪些？