Java集合常见面试题

计算机小白呦

已于 2024-11-05 16:43:12 修改

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文章标签： java 面试开发语言

于 2024-11-05 16:40:35 首次发布

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Java集合常见面试题

1.常用的集合有哪些？

List接口的实现类：
- ArrayList：基于动态数组实现，支持随机访问，适合频繁读取的场景
  - 优点：随机访问速度快，内存效率高。
  - 缺点：在中间插入或删除元素时需要移动后续元素，性能较低。
- LinkedList：基于双向链表实现，适合频繁插入和删除的场景。
  - 优点：在头部或尾部插入和删除元素性能优秀。
  - 缺点：随机访问速度慢，因为需要从头或尾遍历到目标位置。
- Vector：类似于 ArrayList，但线程安全，适合多线程环境（由于其性能开销，通常不推荐使用）。
  - 优点：同步访问，线程安全。
  - 缺点：在多线程环境下开销较大，且通常比 ArrayList 性能低。
Set接口的实现类：
- HashSet：基于哈希表实现，不保证元素的顺序，适合不需要重复元素的场景。
- LinkedHashSet：维护元素插入的顺序，基于哈希表和链表实现。
- TreeSet：基于红黑树实现，保证元素的有序性，适合需要排序的场景。
Map接口的实现类：
- HashMap：基于哈希表实现，允许 null 值和 null 键，性能较高。
- ConcurrentHashMap ：允许多个线程同时读写而无需额外的同步机制，确保线程安全性。
- LinkedHashMap：维护元素的插入顺序，基于哈希表和链表实现。
- TreeMap：基于红黑树实现，保证键的有序性。
- Hashtable：线程安全的哈希表实现，不允许 null 键和 null 值，性能较低，通常不推荐使用。
Queue接口的实现类：
- PriorityQueue：基于堆实现，支持元素的优先级排序。
- ArrayDeque：基于动态数组实现，作为双端队列使用，性能优于 LinkedList。
其他集合类
- Stack：线程安全的后进先出（LIFO）栈，继承自 Vector，但不推荐使用。可以使用 ArrayDeque 来代替。
- CopyOnWriteArrayList：线程安全的 ArrayList 实现，适合读多写少的场景。写操作时会复制数组，导致性能开销。
- ConcurrentSkipListMap：线程安全的有序 Map，支持高并发场景，基于跳表实现。

2.集合有哪些特点?

List：有序集合，能够精确控制每个元素的插入位置，可以包含重复元素。
Set：无序不可重复，元素的顺序是不可预测的
Map：键值对集合，持有键（唯一）到值的映射，键不可重复，值可以重复。
Queue：队列，先进先出
Deque：双端队列，允许从两端添加或删除元素

3.Iterator怎么使用？有什么特点

Iterator是一个接口，提供了遍历集合的标准方法，使用如下
1.获取迭代器实例：通过调用集合的 iterator() 方法获取 Iterator 实例。
2.检查是否有下一个元素：使用 hasNext() 方法检查集合中是否还有元素。
3.使访问下一个元素：使用 next() 方法访问集合中的下一个元素，如果没有更多元素而调用此方法，会抛出 NoSuchElementException。
4.可以使用 remove() 方法从集合中删除最后一个返回的元素。使用 remove() 时必须在 next() 方法之后调用，否则会抛出 IllegalStateException
特点：
- 通用性：为不同类型的集合提供了同一的遍历方式
- 安全删除：通过迭代器的remove()方法可以安全删除集合中的元素，避免ConcurrentModificationException.（是在多线程环境下由于结构修改而导致的）
- 单向遍历：迭代器仅支持向前遍历集合，不支持反向遍历
- 无法访问索引：迭代器不提供获取当前元素索引的方法

4.ArrayList和LinkedList的区别是什么？

内部结构：
- ArrayList：基于动态数组实现，支持快速随机访问（通过索引访问），可以在 O(1) 时间复杂度内访问任意元素。
- LinkedList：基于双向链表实现，每个节点包含指向前后元素的引用，访问特定位置的元素需要 O(n) 的时间复杂度，因为需要遍历链表。
性能：
- ArrayList：对于随机访问操作速度快（O(1)），但在列表中间或开头插入和删除元素时需要移动大量元素，时间复杂度为 O(n)。如果数组容量不足，还需要进行扩容，这会导致性能下降
- LinkedList：插入和删除操作速度快（O(1)），特别是在链表的头部或尾部进行操作时很高效。然而，随机访问速度较慢（O(n)），需要从头节点或尾节点开始遍历，直到找到目标元素。
内存占用：
- ArrayList：由于内部使用数组存储元素，当数组容量不足时可能会进行扩容，导致额外的内存占用（可能会浪费内存空间）。此外，动态数组需要连续的内存空间。
- LinkedList：每个节点除了存储数据外，还需要额外的内存来存储指向前后节点的引用（两个指针），因此对于存储大量小对象时，内存开销相对较大，可能会导致较多的内存碎片。
使用场景：ArrayList适合频繁查找操作，LinkedList适用于需要在列表的两端进行频繁操作的场合。

5.说一下HashSet的实现原理

HashSet是基于HashMap实现的，它使用HashMap的键来存储元素，每个元素都映射到一个固定的虚拟值（HashMap的值部分）。HashSet利用HashMap键的唯一性来确保其元素的唯一性，并且通过哈希表实现，因此具有很高的查找和插入效率。当向HashSet添加元素时，实际上是将元素作为HashMap的键添加，而对应的值则是一个默认为Object对象。

6.HashMap与HashTable有什么区别？

线程安全：HashTable是线程安全的，所有方法都是同步的，而HashMap是非线程安全的。
性能：因为HashTable的方法是同步的，所以在单线程环境下比HashMap性能低。
空值：HashMap允许键和值为null（可以有多个null值，但只能有一个null键），HashTable不允许键或值为null。
迭代器：HashMap的迭代器是快速失败的（fail-fast：是指在使用迭代器遍历集合时，如果在遍历过程中检测到集合被修改（例如添加或删除元素），迭代器会立即抛出一个 ConcurrentModificationException，以避免遍历时数据不一致的情况。），而HashTable的枚举器不是。

7.Collection和Collecions有什么区别？

Collection：是一个接口，它是各种集合结构的根接口，提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法。
Collections：是一个包含有关集合操作的静态方法的工具类，如排序、搜索等。

8.comparable和comparator的区别？

Comparable：是一个用于自然排序的接口，通常用在实体类中。
- Comparable 接口包含一个方法 compareTo(Object o)，该方法返回一个整数，表示当前对象与参数对象的比较结果。
  - 返回负数：当前对象小于参数对象。
  - 返回零：当前对象等于参数对象。
  - 返回正数：当前对象大于参数对象
- 使用场景：当需要为对象定义默认排序规则时，使用 Comparable。例如，实现 Comparable 的 String 类会根据字母顺序进行排序。

public class Person implements Comparable<Person> {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public int compareTo(Person other) {
        return this.age - other.age; // 按照年龄升序排序
    }
}

Comparator 接口：是一个用于自定义排序的接口，通常用于创建单独的比较器类。
- 方法：Comparator 接口包含一个方法 compare(Object o1, Object o2)，用于比较两个对象。
  - 返回负数：o1 小于 o2
  - 返回零：o1 等于 o2
  - 返回正数：o1 大于 o2
- 使用场景：当需要为对象定义多种排序规则时，使用 Comparator。比如一个类可以按年龄排序，也可以按姓名排序，这时就可以使用不同的 Comparator 实现。

下面展示一些 内联代码片。

public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    // Getter methods...
}

// 按照姓名排序的 Comparator
class NameComparator implements Comparator<Person> {
    @Override
    public int compare(Person p1, Person p2) {
        return p1.getName().compareTo(p2.getName());
    }
}

// 按照年龄排序的 Comparator
class AgeComparator implements Comparator<Person> {
    @Override
    public int compare(Person p1, Person p2) {
        return p1.getAge() - p2.getAge();
    }
}

9.Collections工具类中的sort()方法如何比较元素？

Collections.sort()方法比较元素的方式取决于传入的集合元素类型
- 如果集合元素实现了Comparable接口，sort()方法会使用这些元素的compareTo()进行自然排序。
- 可以重载sort()方法，传入一个自定义的Comparator对象，这时候会使用该Comparator的compare()方法来比较元素，实现自定义排序。

10.如何实现数组和List之间的转换？

数组转list，可以使用jdk自动的一个工具类Arrars，里面有一个asList方法
可以转换为数组
List 转数组，可以直接调用list中的toArray方法，需要给一个参数，指定数
组的类型，需要指定数组的长度

11.HashMap的jdk1.7和jdk1.8有什么区别？

JDK1.8之前采用的拉链法，数组+链表
JDK1.8之后采用数组+链表+红黑树，当链表的长度超过8，并且当前的数组长度至少为64时，会将链表转换为红黑树

12.HashMap的扩容机制

在添加元素或初始化的时候需要调用resize方法进行扩容，第一次添加数据初始化
数组长度为16，以后每次扩容都是达到了扩容阈值（数组长度 * 0.75）
每次扩容的时候，都是扩容之前容量的2倍
扩容之后，会新创建一个数组，需要把老数组中的数据挪动到新的数组中

13.为何HashMap的数组长度一定是2的次幂？

hashmap这么设计主要有两个原因
- 计算索引时效率更高：如果是 2 的 n 次幂可以使用位与运算代替取模
- 扩容时重新计算索引效率更高：在进行扩容是会进行判断 hash值按位与运算旧数组长租是否 == 0，如果等于0，则把元素留在原来位置，否则新位置是等于旧位置的下标+旧数
  组长度

14.ArrayList的扩容机制

ArrayList 默认的初始容量是 10，当添加新元素时，如果当前的数组长度已经满了（即容量已满），ArrayList 会自动调用 ensureCapacity() 方法进行扩容。新数组的容量为原数组容量的 1.5 倍。具体计算方式是：newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)，这意味着新容量是原容量加上原容量的一半。新数组创建后，ArrayList 会将旧数组中的元素复制到新数组中。