java集合

1、说一下java集合，各自特点与适用情况。List、set、map三者的区别
java集合容器分为collection和map两大类，collection集合的子接口有set、list、queue三种子接口，常用的是set，list。
（1）List（对付顺序的好帮手）：存储的元素是有序的，可重复的，常用的实现类有ArrayList，linkedlist和vector。
可以使用Collections.sort(list)进行排序
（2）set（注重独一无二的性质）：存储的元素是无序的，不可重复的。常用的实现类是hashset，treeset和linkedhashset。
（3）map（用key搜索的专家）：使用键值对存储，key是无序的，不可重复的，value是无序的，可重复的，每个键最多映射一个值，常用的有hashmap，treemap，hashtable，concurrenthashmap。

2、ArrayList和LinkedList的区别
（1）是否保证线程安全：两个都是线程不同步的，也就都不保证线程安全。
（2）底层数据结构：ArrayList底层使用的是Object数组，LinkedList底层用的是双向链表数据结构，JDK1.6用的是循环列表，1.7之后取消了。
（3）插入和删除是否受元素位置影响
-ArrayList：采用数组存储，所以插入和删除元素的时间复杂度受位置影响。
默认将指定的元素追加到列表的末尾，这样时间复杂度是o(1)，如果要在指定位置i加入或删除元素的话，时间复杂度为o(n-i)，因为第i和第i个之后的元素要执行移一位的操作。
-LinkedList采用链表存储，因此在表头或者表尾插入或者删除元素时间复杂度为o(1)，如果指定位置插入，那么时间复杂度是o(n)，因为要先移动到指定位置。
（4）是否支持快速随机访问：
LinkedList不支持，ArrayList支持
（5）内存占用空间：
ArrayList的空间浪费主要体现在list列表的结尾会预留一定容量的空间，而LinkedList的空间花费则体现在他每个元素都要消耗比arraylist更多的空间，因为要存放直接后继和直接前驱以及数据。

3、说一说ArrayList
（1）ArrayList底层是object数组，默认长度是10，扩容长度为1.5倍。集合扩容时会创建更大的数组，把原有数组放入到新数组内，支持对数组的快速随机访问，但是插入与删除速度较慢。
（2）elementData是ArrayList的数据域，被transient修饰。
应用场景
ArrayList适合于频繁进行查找，并且插入和删除操作比较少的场景，而LinkedList适用于查询比较少但是插入和删除操作比较多的场景。

4、说一说linkedList
（1）LinkedList是双向链表，比ArrayList的插入和删除速度更快，但是随机访问元素较慢，内部类Node(val,next,pre)是链表的节点。
（2）它可以当做堆栈、队列进行操作。

5、HashMap和Hashtable的区别
（1）线程是否安全：hashmap是非线程安全的，hashtable是线程安全的
（2）效率：hashmap效率高
（3）对null key 和null value的支持：hashmap支持，但null作为键只能有一个，作为值可有多个。
（4）底层：hashmap是数组链表或红黑树，在解决哈希冲突的时候，当链表长度超过8，就将链表转化为红黑树（JDK1.8），而JDK1.7之前是数组加链表
（5）初始容量和每次扩容容量大小的不同：hashtable的默认初始值为11，之后每次扩容，容量大小变为原来的2n+1,。hashmap默认初始化大小为16，之后每次扩容容量为原来2倍。如果给定初始值，hashtable就是这么大，hashmap总会使用2的幂次大小。

**6、TreeMap：**基于红黑树实现，与 HashMap 相比，其是有序的，因为红黑树是有序的，比如：获取到的 key 和 value 是有序的。而哈希表则是无序的

6、hashset实现原理
（1）hashset是基于hashmap实现的，hashset的值存放在hashmap的key上，hashmap的value统一为PRESENT,因此hashset的实现比较简单，相关hashset的操作，基本上都是直接调用hashmap的相关方法完成，hashset不允许重复的值。

7、hashmap的遍历方法
使用entryset遍历，调用一个迭代器，然后把entryset中得到的key和value取出来

6、Hashset和hashmap的区别
（1）hashmap实现map接口，存储了键值对，调用put方法向map中添加元素，hashmap使用key来计算hashcode。
（2）hashset实现了set接口，仅存储了对象，调用add方法在set中添加对象，hashset使用成员对象计算hashcode值，如果两个对象的hashcode值相等，用equals方法来判断两个对象是否相等。

7、HashMap 有什么特点？
（1）JDK8之前底层是用数组和链表，JDK8之后用的是数组+链表/红黑树，节点类型从entry变为node，主要成员变量包括存储数据的table数组，元素个数size，加载因子loadfactor。
（2）table数组记录hashmap的数据，每个下表对应一个链表，链表中存放着哈希冲突的数据，每个node节点中存放着key，value，next和hash值。
（3）hashmap中数据以键值对的方式存在，如果两个元素key的hash值相同就会发生hash冲突。
（4）hashmap的默认初始值为16，扩容容量必须是2的幂次方，最大容量为2^30，默认加载因子是0.75.

7.5、hashmap的实现原理
hashmap是基于hash算法实现的
（1）当我们向hashmap中put元素时，利用key的hashcode值重新hash计算出当前对象元素在数组的下标。
（2）存储时，如果出现hash值相同的key，如果key相等，则覆盖原始数据。如果key不同，就把当前数据放到链表中。
（3）获取数据时，直接找hash值对应的数组下标，然后判断key值是否相同，从而找到对应值。

8、为什么扩容是2的幂次方
2的幂次方的优点 数组长度为2的幂次方的话，hash值与数组长度减一的与运算相当于取模，但是与运算的效率要快得多。并且数组长度是2的幂次方的话，数组减一的二进制位都是1，这样hash值发生变化得到的散列值也会变化，减少发生哈希冲突的概率。

8、HashMap 相关方法的源码？
JDK8
hash：计算元素key的散列值
（1）如果key为mull返回0，否则就将key的hashcode方法返回值高低16位异或，让尽可能多的位参与运算。
put：添加元素
（1）调用putVal方法添加元素 /final V putVal
（2）如果table为空或者长度为0就进行扩容，否则计算元素下标位置，不存在就调用newCode创建一个节点。
（3）如果存在且是链表，如果首节点和待插入元素的hash和key都相同，就更新节点的value。
（4）如果首节点是个TreeNode类型，调用putTreeVal方法增加一个树节点，然后插入元素。
（5）如果都不满足，遍历链表，根据hashcode和key判断是否重复，决定是更新value还是添加新的节点。如果遍历到了链表末尾就添加节点，如果链表长度大于8，就调用treeifyBin方法把链表变为红黑树。
（6）存放元素后将modCount加1，如果++size>threshold，调用resize扩容。
get：获取元素的value值
（1）调用getNode方法获取Node节点，如果不是null就返回其value值，否则返回null
（2）getNode方法中如果数组不为空且存在元素，先比较第一个节点和要查找的元素的hash值和key，如果都相同则直接返回。
（3）如果第二个节点是TreeNode类型，调用getTreeNode方法进行查找，否则遍历链表用hash和key查找，如果没有返回null
resize：扩充数组
重新规划长度和阈值，如果长度发生了变化，部分数据节点也要重新排列。
（1）如果当前容量oldCap>0且达到最大容量，将阈值设为Integer最大值，终止扩容。
（2）如果未达到最大容量，且oldcap<<1不超过最大容量，就扩大为2倍。
（3）如果都不满足且当前扩容阈值oldThr>0，使用当前扩容阈值为新容量。
（4）否则将新容量置为默认初始容量16，新扩容阈值为12

9、JDK1.8做了哪些优化
（1）resize扩容优化
（2）引入了红黑树，避免了单链条过长影响查找效率
（3）解决了多线程死循环问题，但线程依旧是非线程安全的

10、快速失败（fail–fast）
**（1）本质：**是java集合的一种错误检查机制，当多个线程对集合在结构上进行更改，有可能会产生fail–fast操作。
**（2）原因：**迭代器在遍历集合时直接访问集合中的内容，并且在遍历时使用一个modCount变量。集合在遍历期间如果内容发生变化（add,move,clear等改变list元素个数），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变量是否等于expectedmodConut，如果相等就返回遍历，否则就抛出异常，终止遍历。
（3）解决方法
（1）在遍历过程中，所有涉及到改变modCount的地方全部加上synchronized
（2）使用CopyOnWriteArrayList来替换ArrayList
（CopyOnWriterArrayList所代表的核心概念就是：任何对array在结构上有所改变的操作（add、remove、clear等），CopyOnWriterArrayList都会copy现有的数据，再在copy的数据上修改，这样就不会影响COWIterator中的数据了，修改完成之后改变原有数据的引用即可。同时这样造成的代价就是产生大量的对象，同时数组的copy也是相当有损耗的。）

11、安全失败（fail–safe）
（1）采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不时直接在集合内容上，而是先复制原有的集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。
（2）java.util.concurrent包下的容器都是安全失败的，可以在多线程并发下使用，
fail-safe机制有两个问题
（1）需要复制集合，产生大量的无效对象，开销大
（2）无法保证读取的数据是目前原始数据结构中的数据

12、多线程put可能发生的问题
（1）当多个线程同时执行addEntry时，如果产生哈希碰撞，导致两个线程得到同样的backetIndex去存储，就可能发生元素覆盖丢失的情况。
（2）在JDK1.7以前，向hashmap中put元素时，先检查hashmap的容量是否足够，如果不够时就建一个比原来容量大2倍的hash表，然后把数组从原来的hash表中迁移到新的hash表中，迁移的过程就是一个rehash的过程，多个线程操作就可能形成循环列表。

13、为何HashMap线程不安全
（1）在JDK1.7中，hashmap采用头插法插入元素，因此并发情况下会导致环形链表，产生死循环。
（2）在JDK1.8中虽然采用尾插法解决了这个问题，但是并发下put操作也会使前一个key被后一个key覆盖。
（3）由于hashmap中扩容机制的存在，也存在A线程进行扩容后，B线程之后get方法出现失误的情况。

14、简述java的TreeMap
（1）TreeMap是底层用红黑树实现的map结构，底层实现是一颗平衡的二叉排序树，由于红黑树的插入、删除、遍历的时间复杂度都是o(logN)，所以性能上低于哈希表，但是哈希表无法提供键值对的有序输出，红黑树可以按照建值得大小有序输出。

15、ConcurrentHashMap 底层具体实现知道吗？实现原理是什么？
JDK1.7
（1）ConcurrentHashMap采用分段锁的概念，在初始化时，默认产生16个段（segment），每个段内部又是一个数组，数组中每个元素又是一个链表。
（2）Segment的结构和hashmap类似，是一种数组和链表结构。当有元素要添加进来，首先进行一次hash计算，计算出该元素会被分配到哪个段中，然后再进行第二次哈希计算，确定在段中数组的哪个位置。

JDK1.8
（1）在JDK1.8中，放弃了segment设计，采用node+CAS+synchronized来保证并发安全的实现，synchronized只锁定当前链表或者红黑二叉树的首节点，这样只要hash不冲突，就不会产生并发。

16、ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别？
区别主要体现在实现线程安全的方式上不同
（1）底层数据结构：JDK1.7的ConcurrentHashMap采用的是分段的数组+链表实现，JDK1.8采用的是数组+链表/红黑二叉树。hashtable采用的是数组+链表实现
（2）实现线程安全的方式：
①JDK1.7，ConcurrentHashMap将整个表分成多段segment，每个segment有一把锁，多线程访问容器中不同segment中的数据，就不会存在锁竞争。默认有16个segment。
②JDK1.8，直接使用Node+数组，链表/红黑树的数据结构，并发控制使用synchronized和CAS实现
③hashtable使用同一把锁来保证线程安全，效率低下。当一个线程访问同步方法时，其他线程访问同步方法就可能进入阻塞或轮询状态。

17、Hashmap链表要转红黑树，为什么长度超过8
（1）因为红黑树的平均查找长度为log(n)，长度为8，查找长度为3，链表的平均查找长度为n/2，这样当长度为8时，查找长度为4，才有转换成树的必要。
treemap是基于红黑树实现的一个保证有序的map，基于红黑树，所以treemap的时间复杂度是o(logn)

18、简述一下hashmap用哪些方法解决哈希冲突
（1）使用链地址法来连接有相同哈希值的数据
（2）使用2次扰动函数来降低哈希冲突的概率，使得数据分布平均。
（3）引入红黑树进一步降低遍历的时间复杂度，使得遍历更快。