Java 容器

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本文深入解析Java集合框架，包括Collection、Collections、List、Set、Map等核心接口与类的特性及区别，探讨HashMap、TreeMap、HashSet的实现原理，以及ArrayList、LinkedList、Vector的对比分析。

`Java` 容器都有哪些？

常用容器的图录：

`Collection` 和 `Collections` 有什么区别？

java.util.Collection 是一个集合接口（集合类的一个顶级接口）。它提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法。Collection 接口在 Java 类库中有很多具体的实现。Collection 接口的意义是为各种具体的集合提供了最大化的统一操作方式，其直接继承接口有 List 与 Set
Collections 则是集合类的一个工具类/帮助类，其中提供了一系列静态方法，用于对集合中元素进行排序、搜索以及线程安全等各种操作

`List`、`Set`、`Map` 之间的区别是什么？

比较	List	Set	Map
继承接口	`Collection`	`Collection`
常见实现类	`AbstractList`（其常用子类有 `ArrayList`、`LinkedList`、`Vector`）	`AbstractSet`（其常用子类有 `HashSet`、`LinkedHashSet`、`TreeSet`）	`HashMap`、`HashTable`
常见方法	`add()`、`remove()`、`clear()`、`get()`、`contains()`、`size()`	`add()`、`remove()`、`clear()`、`contains()`、`size()`	`put()`、`get()`、`remove()`、`clear()`、`containsKey()`、`containsValue()`、`keySet()`、`values()`、`size()`
元素	可重复	不可重复（用 `equals()` 判断）	不可重复
顺序	有序	无序（实际上由 `HashCode` 决定）
线程安全	`Vector` 线程安全		`HashTable` 线程安全

`HashMap` 和 `HashTable` 有什么区别？

hashMap 去掉了 HashTable 的 contains 方法，但是加上了containsValue() 和 containsKey() 方法
hashTable 同步的，而 HashMap 是非同步的，效率上比 hashTable 要高
hashMap 允许空键值，而 hashTable 不允许

如何决定使用 `HashMap` 还是 `TreeMap`？

对于在 Map 中插入、删除和定位元素这类操作，HashMap 是最好的选择。然而，假如你需要对一个有序的 key 集合进行遍历，TreeMap 是更好的选择。基于你的 collection 的大小，也许向 HashMap 中添加元素会更快，将 Map 换为 TreeMap 进行有序 key 的遍历

说一下 `HashMap` 的实现原理？

HashMap 概述：HashMap 是基于哈希表的 Map 接口的非同步实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null值 和 null键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变

HashMap的数据结构：在 Java 编程语言中，最基本的结构就是两种，一个是数组，另外一个是模拟指针（引用），所有的数据结构都可以用这两个基本结构来构造的，HashMap 也不例外。HashMap 实际上是一个“链表散列”的数据结构，即数组和链表的结合体

当我们往 Hashmap 中 put 元素时，首先根据 key 的 hashcode 重新计算 hash 值，根据 hash 值得到这个元素在数组中的位置(下标)，如果该数组在该位置上已经存放了其他元素，那么在这个位置上的元素将以链表的形式存放，新加入的放在链头，最先加入的放入链尾。如果数组中该位置没有元素，就直接将该元素放到数组的该位置上

需要注意 JDK 1.8 中对 HashMap 的实现做了优化，当链表中的节点数据超过八个之后，该链表会转为红黑树来提高查询效率，从原来的 O(n) 到 O(logn)

说一下 `HashSet` 的实现原理？

HashSet 底层由 HashMap 实现
HashSet 的值存放于 HashMap 的 key 上
HashMap 的 value 统一为 PRESENT

`ArrayList` 和 `LinkedList` 的区别是什么？

最明显的区别是 ArrrayList 底层的数据结构是数组，支持随机访问，而 LinkedList 的底层数据结构是双向循环链表，不支持随机访问。使用下标访问一个元素，ArrayList 的时间复杂度是 O(1)，而 LinkedList 是 O(n)

如何实现数组和 `List` 之间的转换？

List 转换成为数组：调用 ArrayList 的 toArray 方法
数组转换成为 List：调用 Arrays 的 asList 方法

`ArrayList` 和 `Vector` 的区别是什么？

Vector 是同步的，而 ArrayList 不是。然而，如果你寻求在迭代的时候对列表进行改变，你应该使用CopyOnWriteArrayList
ArrayList 比 Vector 快，它因为有同步，不会过载
ArrayList 更加通用，因为我们可以使用 Collections 工具类轻易地获取同步列表和只读列表

`Array` 和 `ArrayList` 有何区别？

Array 可以容纳基本类型和对象，而 ArrayList 只能容纳对象
Array 是指定大小的，而 ArrayList 大小是固定的
Array 没有提供 ArrayList 那么多功能，比如 addAll、removeAll 和 iterator 等

在 `Queue` 中 `poll()` 和 `remove()` 有什么区别？

poll() 和 remove() 都是从队列中取出一个元素，但是 poll() 在获取元素失败的时候会返回空，但是 remove() 失败的时候会抛出异常。

哪些集合类是线程安全的？

vector：就比 arraylist 多了个同步化机制（线程安全），因为效率较低，现在已经不太建议使用。在 web 应用中，特别是前台页面，往往效率（页面响应速度）是优先考虑的
statck：堆栈类，先进后出
hashtable：就比 hashmap 多了个线程安全
enumeration：枚举，相当于迭代器

迭代器 `Iterator` 是什么？

迭代器是一种设计模式，它是一个对象，它可以遍历并选择序列中的对象，而开发人员不需要了解该序列的底层结构。迭代器通常被称为“轻量级”对象，因为创建它的代价小

`Iterator` 怎么使用？有什么特点？

Java 中的 Iterator 功能比较简单，并且只能单向移动：

使用方法 iterator() 要求容器返回一个 Iterator 。第一次调用 Iterator 的 next() 方法时，它返回序列的第一个元素。注意：iterator() 方法是 java.lang.Iterable 接口，被 Collection 继承
使用 next() 获得序列中的下一个元素
使用 hasNext() 检查序列中是否还有元素
使用 remove() 将迭代器新返回的元素删除