Java面试问题汇总(集合)

1.List、Map、Set三个接口存取元素时，各有什么特点

• List以特定索引来存取元素，可以有重复元素。
• Set不能存放重复元素（用对象的equals()方法来区分元素是否重复）。
• Map保存键值对（key-value pair）映射，映射关系可以是一对一或多对一。
• Set和Map容器都有基于哈希存储和排序树的两种实现版本，基于哈希存储的版本理论存取时间复杂度为O(1)，而基于排序树版本的实现在插入或删除元素时会按照元素或元素的键（key）构成排序树从而达到排序和去重的效果。

2.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，所以查询数据快而插入数据慢，Vector中的方法由于添加了synchronized修饰，因此Vector是线程安全的容器，但性能上较ArrayList差，因此已经是Java中的遗留容器。
LinkedList使用双向链表实现存储（将内存中零散的内存单元通过附加的引用关联起来，形成一个可以按序号索引的线性结构，这种链式存储方式与数组的连续存储方式相比，内存的利用率更高），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。Vector属于遗留容器（Java早期的版本中提供的容器，除此之外，Hashtable、Dictionary、BitSet、Stack、Properties都是遗留容器），已经不推荐使用，但是由于ArrayList和LinkedListed都是非线程安全的，如果遇到多个线程操作同一个容器的场景，则可以通过工具类Collections中的synchronizedList方法将其转换成线程安全的容器后再使用（这是对装潢模式的应用，将已有对象传入另一个类的构造器中创建新的对象来增强实现）。

3.List、Set、Map是否继承自Collection接口

List、Set 是，Map 不是。Map是键值对映射容器，与List和Set有明显的区别，而Set存储的零散的元素且不允许有重复元素（数学中的集合也是如此），List是线性结构的容器，适用于按数值索引访问元素的情形。

4.Collection 和 Collections的区别

Collection是集合类的上级接口，继承与他的接口主要有Set 和List.
Collections是针对集合类的一个帮助类，他提供一系列静态方法实现对各种集合的搜索、排序、线程安全化等操作。

5.ArrayList和LinkedList

ArrayList和LinkedList都实现了List接口，他们有以下的不同点：
ArrayList是基于索引的数据接口，它的底层是数组。它可以以O(1)时间复杂度对元素进行随机访问。与此对应，LinkedList是以元素列表的形式存储它的数据，每一个元素都和它的前一个和后一个元素链接在一起，在这种情况下，查找某个元素的时间复杂度是O(n)。
相对于ArrayList，LinkedList的插入，添加，删除操作速度更快，因为当元素被添加到集合任意位置的时候，不需要像数组那样重新计算大小或者是更新索引。
LinkedList比ArrayList更占内存，因为LinkedList为每一个节点存储了两个引用，一个指向前一个元素，一个指向下一个元素。

6.HashMap和Hashtable

HashMap和Hashtable都实现了Map接口，因此很多特性非常相似。但是，他们有以下不同点：

• HashMap允许键和值是null，而Hashtable不允许键或者值是null。
• Hashtable是同步的，而HashMap不是。因此，HashMap更适合于单线程环境，而Hashtable适合于多线程环境。
• HashMap提供了可供应用迭代的键的集合，因此，HashMap是快速失败的。另一方面，Hashtable提供了对键的列举(Enumeration)。
• 一般认为Hashtable是一个遗留的类。

7.快速失败(fail-fast)和安全失败(fail-safe)

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内容进行了修改（增加、删除、修改），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内容发生变化，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）。

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。

Iterator的安全失败是基于对底层集合做拷贝，因此，它不受源集合上修改的影响。java.util包下面的所有的集合类都是快速失败的，而java.util.concurrent包下面的所有的类都是安全失败的。快速失败的迭代器会抛出ConcurrentModificationException异常，而安全失败的迭代器永远不会抛出这样的异常。

8.Iterator和ListIterator的区别

1. Iterator可用来遍历Set和List集合，但是ListIterator只能用来遍历List。
2. Iterator对集合只能是前向遍历，ListIterator既可以前向也可以后向。
3. ListIterator实现了Iterator接口，并包含其他的功能，比如：增加元素，替换元素，获取前一个和后一个元素的索引，等等。

9.什么是迭代器

Iterator提供了统一遍历操作集合元素的统一接口, Collection接口实现Iterable接口,每个集合都通过实现Iterable接口中iterator()方法返回Iterator接口的实例, 然后对集合的元素进行迭代操作.
注意：在迭代元素的时候不能通过集合的方法删除元素, 否则会抛出ConcurrentModificationException 异常. 但是可以通过Iterator接口中的remove()方法进行删除.

10.为什么集合类没有实现Cloneable和Serializable接口

克隆(cloning)或者是序列化(serialization)的语义和含义是跟具体的实现相关的。因此，应该由集合类的具体实现类来决定如何被克隆或者是序列化。
实现Serializable序列化的作用：将对象的状态保存在存储媒体中以便可以在以后重写创建出完全相同的副本；按值将对象从一个从一个应用程序域发向另一个应用程序域。
实现 Serializable接口的作用就是可以把对象存到字节流，然后可以恢复。所以你想如果你的对象没有序列化，怎么才能进行网络传输呢？要网络传输就得转为字节流，所以在分布式应用中，你就得实现序列化。如果你不需要分布式应用，那就没必要实现实现序列化。

11.ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是HashMap的一个线程安全的、支持高效并发的版本。在默认理想状态下，ConcurrentHashMap可以支持16个线程执行并发写操作及任意数量线程的读操作。
ConcurrentHashMap 类中包含两个静态内部类 HashEntry 和 Segment。HashEntry 用来封装映射表的键 / 值对；Segment 用来充当锁的角色，每个 Segment 对象守护整个散列映射表的若干个桶。每个桶是由若干个 HashEntry 对象链接起来的链表。一个 ConcurrentHashMap 实例中包含由若干个 Segment 对象组成的数组。HashEntry 用来封装散列映射表中的键值对。在 HashEntry 类中，key，hash 和 next 域都被声明为 final 型，value 域被声明为 volatile 型。

static final class HashEntry<K,V> {
       final K key;                       // 声明 key 为 final 型
       final int hash;                   // 声明 hash 值为 final 型
       volatile V value;                 // 声明 value 为 volatile 型
       final HashEntry<K,V> next;      // 声明 next 为 final 型
 
       HashEntry(K key, int hash, HashEntry<K,V> next, V value) {
           this.key = key;
           this.hash = hash;
           this.next = next;
           this.value = value;
       }
}

在ConcurrentHashMap 中，在散列时如果产生“碰撞”，将采用“分离链接法”来处理“碰撞”：把“碰撞”的 HashEntry 对象链接成一个链表。由于 HashEntry 的 next 域为 final 型，所以新节点只能在链表的表头处插入。 下图是在一个空桶中依次插入 A，B，C 三个 HashEntry 对象后的结构图：

图1. 插入三个节点后桶的结构示意图：
在ConcurrentHashMap 中，在散列时如果产生“碰撞”，将采用“分离链接法”来处理“碰撞”：把“碰撞”的 HashEntry 对象链接成一个链表。由于 HashEntry 的 next 域为 final 型，所以新节点只能在链表的表头处插入。 下图是在一个空桶中依次插入 A，B，C 三个 HashEntry 对象后的结构图：

注意：由于只能在表头插入，所以链表中节点的顺序和插入的顺序相反。
Segment 类继承于 ReentrantLock 类，从而使得 Segment 对象能充当锁的角色。每个 Segment 对象用来守护其（成员对象 table 中）包含的若干个桶。

concurrenthashmap有什么优势以及1.7和1.8区别
Concurrenthashmap线程安全的，1.7是在jdk1.7中采用Segment + HashEntry的方式进行实现的，lock加在Segment上面。1.7size计算是先采用不加锁的方式，连续计算元素的个数，最多计算3次：1、如果前后两次计算结果相同，则说明计算出来的元素个数是准确的；2、如果前后两次计算结果都不同，则给每个Segment进行加锁，再计算一次元素的个数；

1.8中放弃了Segment臃肿的设计，取而代之的是采用Node + CAS + Synchronized来保证并发安全进行实现，1.8中使用一个volatile类型的变量baseCount记录元素的个数，当插入新数据或则删除数据时，会通过addCount()方法更新baseCount，通过累加baseCount和CounterCell数组中的数量，即可得到元素的总个数；

12.TreeMap

TreeMap是一个有序的key-value集合，基于红黑树（Red-Black tree）的 NavigableMap实现。该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，具体取决于使用的构造方法。
TreeMap的特性：

• 根节点是黑色
• 每个节点都只能是红色或者黑色
• 每个叶节点（NIL节点，空节点）是黑色的。
• 如果一个节点是红色的，则它两个子节点都是黑色的，也就是说在一条路径上不能出现两个红色的节点。
• 从任一节点到其每个叶子的所有路径都包含相同数目的黑色节点。

13.ArrayList是否会越界

1. ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，而LinkedList是基于链表的数据结构
2. 对于随机访问get和set，ArrayList要优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针；
3. ArrayList并发add()可能出现数组下标越界异常。

14.HashMap的容量为什么是2^n

负载因子默认是0.75， 2^n是为了让散列更加均匀，例如出现极端情况都散列在数组中的一个下标，那么hashmap会由O（1）复杂退化为O（n）的。

如果hashMap的key是一个自定义的类,就必须重写hashcode()和equals()