复习Java基础知识（二）

220103

1. Java中有哪些容器（集合类）？

答：集合类主要由Collection（有Set、Queue、Tree三个子接口）和Map接口派生。有超多的实现类。

Set：无序、元素不可重复

List：有序、元素可以重复

Queue：（FIFO）队列

Map：有映射关系的集合

2. 容器线程安全和线程不安全的分别有哪些？

答：[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ZGSzQhDr-1641219420921)(D:\Java\图\线程安全与否.png)]

如需使用线程安全的集合类，可以用Collections工具类提供的synchronizedXxx（）方法，将其包装为线程安全的集合类。

3. Map接口的实现类

答：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap。

HashMap基于hash表，继承自AbstractMap，实现接口Map。它是线程不安全的，但他是性能最好的Map实现（相比HashTable，它在put采取加锁机制，而非同步）。它允许null key与null value，元素无序。对于多线程环境应采用ConcurrentHashMap。HashMap使用链表实现entry的存储，叫做bucket/bin。默认空间为16，权值为2。

4. 描述Map put的过程

答：以HashMap为例。先判断数组是否为空，若为空进行第一次扩容；依据hash算法计算键值对索引；若当前位置为空，则直接插入；若不为空，且key存在，直接覆盖value，若key不存在，将数据链到尾端；若长度到8，则将其转为红黑树，将数据插入数中；若元素个数超过threshold，则再次进行扩容。

5. 如何得到一个线程安全的Map

答：使用ConcurrentHashMap；用工具类包装非线程安全的map

6. HashMap的特点

答：非线程安全、允许null key null value的存在

7. JDK7和JDK8中的HashMap有什么区别？

答：以前的HashMap采用数组+链表存储，一旦链表过长，效率会很低O（N）。而JDK8加入了红黑树来优化存储，它的时间复杂度降低为O（logN）

8. HashMap底层实现原理

答：基于Hash算法，通过put、get存储获取对象。

存储：调用k的hashCode得到bucket位置，进行存储

获取：调用k的hashCode得到bucket位置，使用equals确定

发生碰撞时，将使用链表/红黑树组织数据。

9. 介绍HashMapd的扩容机制

答：数组初始容量为16，是否扩充是由负载因子判断，默认0.75。

10. HashMap中的循环链表如何产生

答：循环链表如何产生可以看这篇。

11. HashMap为什么用红黑树而不用B树？

答：B/B+树多用于外存，而在数据量不高的情况下，数据都会挤到一个节点里，这时候遍历效率就退化为链表。

12. HashMap为什么线程不安全？

答：在并发执行put时，可能形成循环链表，从而引起死循环。

13. HashMap如何实现线程安全？

答：直接使用ConcurrentHashMap；使用HashTable类；用方法包装HashMap。

14. HashMap是如何解决哈希冲突的？

答：数组元素为单向链表类型。当链表长度达到一个阈值时，链表会被转为红黑树存储提高性能，反之缩小到一个阈值，红黑树会被转为单向链表。

15. 说一说HashMap和HashTable的区别

答：HashMap线程不安全，允许null key、value

HashTable线程安全，不允许null作为key和value

220104

16. HashMap与ConcurrentHashMap有什么区别？

答：HashMap线程不安全，在多线程对Map进行修改时会产生数据不一致问题，在并发插入数据时会导致链表成环，查找时会发生死循环。

ConcurrentHashMap是线程安全的。采用了减少锁粒度的方法，尽量减少因为竞争锁而导致的阻塞与冲突，而且ConcurrentHashMap的检索操作是不需要锁的。

17. 介绍一下ConcurrentHashMap是怎么实现的？

答：JDK1.7时ConcurrentHashMap结构图。它采取了分段锁技术。其中Segment继承于ReentranLock，HashEntry用于存储键值对数据。Segment结构与HashMap相似，数组+链表。

put方法：通过Key定位到Segment，随后在Segment中具体Put。先尝试获取锁，若失败则表明有其他线程存在竞争，利用scanAndLockForPut（）自旋获取锁。将当前Segment中的table通过key的hashCode定位到HashEntry。遍历当前Entry，若不为空且当前key相等，则覆盖旧value；若为空则需要新建HashEntry加如Segment，同时判断是否需要扩容。解除Segment的锁。

get方法：将key经过Hash定位到具体Segment，再Hash定位到具体元素，整体过程无需加锁。

JDK1.8时，由于查询遍历链表效率太低，抛弃Segment分段锁，采用CAS+synchronized保证并发安全，HashEntry改为Node，也加入了红黑树提高查询效率。

18. ConcurrentHashMap是怎么分段分组的？

答：17中put、get方法详解。

19. 说一说你对LinkedHashMap的理解

答：HashMap+双向链表以维护插入（默认）/读取顺序一致。很多方法直接继承自HashMap。

20. 请介绍LinkedHashMap的底层原理

答：在HashMap任意两个节点加了两条连线，（before指针、after指针）形成了一个以head为头结点的双向链表，故每次put进来的Entry会将它插入到双向链表的尾部。

21. 请介绍TreeMap的底层原理

答：TreeMap基于红黑树实现，时间复杂度为log（N）。映射根据其键的自然顺序进行排序，或者根据创建映射时提供的 Comparator 进行排序，

22. Map和Set有什么区别？

答：Map：有映射关系的集合，key无序且不能重复。

Set：无序、元素不可重复。

23. List和Set有什么区别？

答：List：有序，可重复

Set：无序、不可重复

24. ArrayList和LinkedList有什么区别？

答：ArrayList实现基于数组，LinkedList基于双向链表。

25. 有哪些线程安全的List？

答：Vector、SynchronizedList、CopyOnWriteArrayList

26. 介绍一下ArrayList的数据结构？

答：基于数组实现。默认数组长度为10，超出限制时会增加到50%的容量。

27. 谈谈CopyOnWriteArrayList的原理

答：在对一块内存进行修改时，不直接对内存块进行写操作，而是拷贝一份内存，在新内存中进行写操作，之后，将原本只想的内存指针指到新的内存，原内存可以被回收。读取操作无需同步及锁，但写操作需要加锁。适用于多读少写。

28. 说一说TreeSet和HashSet的区别

答：元素均不能重复，线程不安全。但HashSet中元素可以为null，TreeSet内元素不能为null。HashSet无序，TreeSet支持自然排序、定制排序。HashSet基于Hash表实现，TreeSet基于红黑树实现。

29. 说一说HashSet的底层结构

答：基于HashMap实现，默认Constructor时一个初始容量为16，负载因子为0.75的HashMap。而放入HashSet的元素由HashMap的key保存，value时PRESENT，是一个静态Object对象。

30. BlockingQueue中有哪些方法，为什么这样设计？

答：阻塞队列，基于ReentranQueue。它是一个接口。

	抛异常	特定值	阻塞	超时
插入	add(e)	offer(e)	put(e)	offer(e,time,unit)
移除	remove()	poll()	take()	poll(time,unit)
检查	element()	peek()

• 抛异常：如果操作无法立即执行，则抛一个异常；
• 特定值：如果操作无法立即执行，则返回一个特定的值(一般是 true / false)。
• 阻塞：如果操作无法立即执行，则该方法调用将会发生阻塞，直到能够执行；
• 超时：如果操作无法立即执行，则该方法调用将会发生阻塞，直到能够执行。但等待时间不会超过给定值，并返回一个特定值以告知该操作是否成功(典型的是true / false)。

31. BlockingQueue是怎么实现的？

答：它是一个接口，实现类有ArrayBlockingQueue、DelayQueue、 LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、SynchronousQueue等。区别主要在存储结构和对元素操作。

32. Stream（不是IOStream）有哪些方法？

答：它是Java对集合操作的优化，相比于Iterator。Stream的速度非常快。

Stream<String> stream = Stream.of("a","c","v");
String[] strArray = new String[]{"a","c","v"};
stream = Arrays.stream(strArray);
List<String> list = Array.asList(strArray);
Stream = list.stream();

操作分中间操作与末端（规约）操作。

中间操作：对容器的处理过程，包括排序，筛选，映射。

• filter(Predicate predicate)：过滤Stream中所有不符合predicate的元素。
• mapToXxx(ToXxxFunction mapper)：使用ToXxxFunction对流中的元素执行一对一的转换，该方法返回的新流中包含了ToXxxFunction转换生成的所有元素。
• peek(Consumer action)：依次对每个元素执行一些操作，该方法返回的流与原有流包含相同的元素。该方法主要用于调试。
• distinct()：该方法用于排序流中所有重复的元素（判断元素重复的标准是使用equals()比较返回true）。这是一个有状态的方法。
• sorted()：该方法用于保证流中的元素在后续的访问中处于有序状态。这是一个有状态的方法。
• limit(long maxSize)：该方法用于保证对该流的后续访问中最大允许访问的元素个数。这是一个有状态的、短路方法。

末端操作：将流中数据整合输出为一个结果

• forEach(Consumer action)：遍历流中所有元素，对每个元素执行action。
• toArray()：将流中所有元素转换为一个数组。
• reduce()：该方法有三个重载的版本，都用于通过某种操作来合并流中的元素。
• min()：返回流中所有元素的最小值。
• max()：返回流中所有元素的最大值。
• count()：返回流中所有元素的数量。
• anyMatch(Predicate predicate)：判断流中是否至少包含一个元素符合Predicate条件。
• noneMatch(Predicate predicate)：判断流中是否所有元素都不符合Predicate条件。
• findFirst()：返回流中的第一个元素。
• findAny()：返回流中的任意一个元素。