集合

容器

1. Java 容器都有哪些？

Java 容器分为 Collection 和 Map 两大类，其下又有很多子类，如下所示：

• Collection
• List
  • ArrayList
  • LinkedList
  • Vector
  • Stack
• Set
  • HashSet
  • LinkedHashSet
  • TreeSet
• Map
• HashMap
  • LinkedHashMap
• TreeMap
• ConcurrentHashMap
• Hashtable

2. Collection 和 Collections 有什么区别？

• Collection 是一个集合接口，它提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法，所有集合都是它的子类，比如 List、Set 等。
• Collections 是一个包装类，包含了很多静态方法，不能被实例化，就像一个工具类，比如提供的排序方法： Collections. sort(list)。

3. List、Set、Map 之间的区别是什么？

List、Set、Map 的区别主要体现在两个方面：元素是否有序、是否允许元素重复。

三者之间的区别，如下表：

4. HashMap 和 Hashtable 有什么区别？

• 存储：HashMap 运行 key 和 value 为 null，而 Hashtable 不允许。
• 线程安全：Hashtable 是线程安全的，而 HashMap 是非线程安全的。
• 推荐使用：在 Hashtable 的类注释可以看到，Hashtable 是保留类不建议使用，推荐在单线程环境下使用 HashMap 替代，如果需要多线程使用则用 ConcurrentHashMap 替代。

5. 如何决定使用 HashMap 还是 TreeMap？

对于在 Map 中插入、删除、定位一个元素这类操作，HashMap 是最好的选择，因为相对而言 HashMap 的插入会更快，但如果你要对一个 key 集合进行有序的遍历，那 TreeMap 是更好的选择。

6. 说一下 HashMap 的实现原理？

HashMap 基于 Hash 算法实现的，我们通过 put(key,value)存储，get(key)来获取。当传入 key 时，HashMap 会根据 key. hashCode() 计算出 hash 值，根据 hash 值将 value 保存在 bucket 里。当计算出的 hash 值相同时，我们称之为 hash 冲突，HashMap 的做法是用链表和红黑树存储相同 hash 值的 value。当 hash 冲突的个数比较少时，使用链表否则使用红黑树。

链表转化为红黑树的条件：链表长度大于8且数组长度大于等于64（小于64时进行扩容）

红黑树节点元素小于等于6时，才调用untreeify方法转换回链表

hash值的计算：(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)

7. 说一下 HashSet 的实现原理？

HashSet 是基于 HashMap 实现的，HashSet 底层使用 HashMap 来保存所有元素，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底层 HashMap 的相关方法来完成，HashSet 不允许重复的值。

8. ArrayList 和 LinkedList 的区别是什么？

• 数据结构实现：ArrayList 是动态数组的数据结构实现，而 LinkedList 是双向链表的数据结构实现。
• 随机访问效率：ArrayList 比 LinkedList 在随机访问的时候效率要高，因为 LinkedList 是线性的数据存储方式，所以需要移动指针从前往后依次查找。
• 增加和删除效率：在非首尾的增加和删除操作，LinkedList 要比 ArrayList 效率要高，因为 ArrayList 增删操作要影响数组内的其他数据的下标。

综合来说，在需要频繁读取集合中的元素时，更推荐使用 ArrayList，而在插入和删除操作较多时，更推荐使用 LinkedList。

9. 如何实现数组和 List 之间的转换？

• 数组转 List：使用 Arrays. asList(array) 进行转换。
• List 转数组：使用 List 自带的 toArray() 方法。

代码示例：

// list to array
List<String> list = new ArrayList<String>();
list. add("王磊");
list. add("的博客");
list. toArray();
// array to list
String[] array = new String[]{"王磊","的博客"};
Arrays. asList(array);

10. ArrayList 和 Vector 的区别是什么？

• 线程安全：Vector 使用了 Synchronized 来实现线程同步，是线程安全的，而 ArrayList 是非线程安全的。
• 性能：ArrayList 在性能方面要优于 Vector。
• 扩容：ArrayList 和 Vector 都会根据实际的需要动态的调整容量，只不过在 Vector 扩容每次会增加 1 倍，而 ArrayList 只会增加 50%。

11. Array 和 ArrayList 有何区别？

• Array 可以存储基本数据类型和对象，ArrayList 只能存储对象。
• Array 是指定固定大小的，而 ArrayList 大小是自动扩展的。
• Array 内置方法没有 ArrayList 多，比如 addAll、removeAll、iteration 等方法只有 ArrayList 有。

12. 在 Queue 中 poll()和 remove()有什么区别？

• 相同点：都是返回第一个元素，并在队列中删除返回的对象。
• 不同点：如果没有元素 poll()会返回 null，而 remove()会直接抛出 NoSuchElementException 异常。

代码示例：

Queue<String> queue = new LinkedList<String>();
queue. offer("string"); // add
System. out. println(queue. poll());
System. out. println(queue. remove());
System. out. println(queue. size());

13. 哪些集合类是线程安全的？

Vector、Hashtable、Stack 都是线程安全的，而像 HashMap 则是非线程安全的，不过在 JDK 1.5 之后随着 Java. util. concurrent 并发包的出现，它们也有了自己对应的线程安全类，比如 HashMap 对应的线程安全类就是 ConcurrentHashMap。

14. 迭代器 Iterator 是什么？

Iterator 接口提供遍历任何 Collection 的接口。我们可以从一个 Collection 中使用迭代器方法来获取迭代器实例。迭代器取代了 Java 集合框架中的 Enumeration，迭代器允许调用者在迭代过程中移除元素。

15. Iterator 怎么使用？有什么特点？

Iterator 使用代码如下：

List<String> list = new ArrayList<>();
Iterator<String> it = list. iterator();
while(it. hasNext()){
  String obj = it. next();
  System. out. println(obj);
}

Iterator 的特点是更加安全，因为它可以确保，在当前遍历的集合元素被更改的时候，就会抛出 ConcurrentModificationException 异常。

16. Iterator 和 ListIterator 有什么区别？

• Iterator 可以遍历 Set 和 List 集合，而 ListIterator 只能遍历 List。
• Iterator 只能单向遍历，而 ListIterator 可以双向遍历（向前/后遍历）。
• ListIterator 从 Iterator 接口继承，然后添加了一些额外的功能，比如添加一个元素、替换一个元素、获取前面或后面元素的索引位置。

17. 怎么确保一个集合不能被修改？

可以使用 Collections. unmodifiableCollection(Collection c) 方法来创建一个只读集合，这样改变集合的任何操作都会抛出 Java. lang. UnsupportedOperationException 异常。

示例代码如下：

List<String> list = new ArrayList<>();
list. add("x");
Collection<String> clist = Collections. unmodifiableCollection(list);
clist. add("y"); // 运行时此行报错
System. out. println(list. size());

18.vector和ArrayList的主要区别

• Vector与ArrayList一样，也是通过数组实现的，不同的是它支持线程的同步，即某一时刻只有一个线程能够写Vector，避免多线程同时写而引起的不一致性，但实现同步需要很高的花费，因此，访问它比访问ArrayList慢。

• 如果集合中的元素的数目大于目前集合数组的长度时，vector增长率为目前数组长度的100%,而arraylist增长率为目前数组长度的50%.如过在集合中使用数据量比较大的数据，用vector有一定的优势。

19.hashMap

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        //声明了一个局部变量 tab,局部变量 Node 类型的数据 p,int 类型 n,i
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        //首先将当前 hashmap 中的 table(哈希表)赋值给当前的局部变量 tab,然后判断tab 是不是空或者长度是不是 0,实际上就是判断当前 hashmap 中的哈希表是不是空或者长度等于 0
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        //如果是空的或者长度等于0,代表现在还没哈希表,所以需要创建新的哈希表,默认就是创建了一个长度为 16 的哈希表
            n = (tab = resize()).length;
        //将当前哈希表中与要插入的数据位置对应的数据取出来,(n - 1) & hash])就是找当前要插入的数据应该在哈希表中的位置,如果没找到,代表哈希表中当前的位置是空的,否则就代表找到数据了, 并赋值给变量 p
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);//创建一个新的数据,这个数据没有下一条,并将数据放到当前这个位置
        else {//代表要插入的数据所在的位置是有内容的
        //声明了一个节点 e, 一个 key k
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash && //如果当前位置上的那个数据的 hash 和我们要插入的 hash 是一样,代表没有放错位置
            //如果当前这个数据的 key 和我们要放的 key 是一样的,实际操作应该是就替换值
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                //将当前的节点赋值给局部变量 e
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)//如果当前节点的 key 和要插入的 key 不一样,然后要判断当前节点是不是一个红黑色类型的节点
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);//如果是就创建一个新的树节点,并把数据放进去
            else {
                //如果不是树节点,代表当前是一个链表,那么就遍历链表
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {//如果当前节点的下一个是空的,就代表没有后面的数据了
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);//创建一个新的节点数据并放到当前遍历的节点的后面
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // 重新计算当前链表的长度是不是超出了限制
                            treeifyBin(tab, hash);//超出了之后就将当前链表转换为树,注意转换树的时候,如果当前数组的长度小于MIN_TREEIFY_CAPACITY(默认 64),会触发扩容,我个人感觉可能是因为觉得一个节点下面的数据都超过8 了,说明 hash寻址重复的厉害(比如数组长度为 16 ,hash 值刚好是 0或者 16 的倍数,导致都去同一个位置),需要重新扩容重新 hash
                        break;
                    }
                    //如果当前遍历到的数据和要插入的数据的 key 是一样,和上面之前的一样,赋值给变量 e,下面替换内容
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { //如果当前的节点不等于空,
                V oldValue = e.value;//将当前节点的值赋值给 oldvalue
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value; //将当前要插入的 value 替换当前的节点里面值
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;//增加长度
        if (++size > threshold)
            resize();//如果当前的 hash表的长度已经超过了当前 hash 需要扩容的长度, 重新扩容,条件是 haspmap 中存放的数据超过了临界值(经过测试),而不是数组中被使用的下标
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

20.ConcurrentHashMap

（1）1.7 在JDK1.7中ConcurrentHashMap采用了数组+Segment+分段锁的方式实现。

• Segment(分段锁)
  ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment，它即类似于HashMap的结构，即内部拥有一个Entry数组，数组中的每个元素又是一个链表,同时又是一个ReentrantLock（Segment继承了ReentrantLock）。
• 内部结构
  ConcurrentHashMap使用分段锁技术，将数据分成一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问，能够实现真正的并发访问。如下图是ConcurrentHashMap的内部结构图：

从上面的结构我们可以了解到，ConcurrentHashMap定位一个元素的过程需要进行两次Hash操作。
第一次Hash定位到Segment，第二次Hash定位到元素所在的链表的头部。

好处：

• 写操作的时候可以只对元素所在的Segment进行加锁即可，不会影响到其他的Segment

坏处：

• Hash的过程要比普通的HashMap要长

（2）1.8

JDK8中ConcurrentHashMap参考了JDK8 HashMap的实现，采用了数组+链表+红黑树的实现方式来设计，内部大量采用CAS操作

JDK8中彻底放弃了Segment转而采用的是Node，其设计思想也不再是JDK1.7中的分段锁思想。
Node：保存key，value及key的hash值的数据结构。其中value和next都用volatile修饰，保证并发的可见性。

21.什么是CAS？

CAS是compare and swap的缩写，即我们所说的比较交换。cas是一种基于锁的操作，而且是乐观锁。在java中锁分为乐观锁和悲观锁。

• 悲观锁是将资源锁住，等一个之前获得锁的线程释放锁之后，下一个线程才可以访问。
• 乐观锁采取了一种宽泛的态度，通过某种方式不加锁来处理资源，比如通过给记录加version来获取数据，性能较悲观锁有很大的提高。

CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。如果内存地址里面的值和A的值是一样的，那么就将内存里面的值更新成B。CAS是通过无限循环来获取数据的，若果在第一轮循环中，a线程获取地址里面的值被b线程修改了，那么a线程需要自旋，到下次循环才有可能机会执行。

22.HashMap为什么2倍扩容？

向集合中添加元素时，会使用(n - 1) & hash的计算方法来得出该元素在集合中的位置，其中n是集合的容量，hash是添加的元素进过hash函数计算出来的hash值。

HashMap的容量为什么是2的n次幂，和这个(n - 1) & hash的计算方法有着千丝万缕的关系，符号&是按位与的计算，这是位运算，计算机能直接运算，特别高效，按位与&的计算方法是，只有当对应位置的数据都为1时，运算结果也为1，当HashMap的容量是2的n次幂时，(n-1)的2进制也就是111111*1111这样形式的，这样与添加元素的hash值进行位运算时，能够充分的散列，使得添加的元素均匀分布在HashMap的每个位置上，减少hash碰撞

23.初始容量

List 元素是有序的、可重复

ArrayList、Vector默认初始容量为10

Vector：线程安全，但速度慢

　　　　底层数据结构是数组结构

　　　　加载因子为1：即当 元素个数 超过 容量长度 时，进行扩容

　　　　扩容增量：原容量的 1倍

　　　　　　如 Vector的容量为10，一次扩容后是容量为20

ArrayList：线程不安全，查询速度快

　　　　底层数据结构是数组结构

　　　　扩容增量：原容量的 1.5倍

　　　　　　如 ArrayList的容量为10，一次扩容后是容量为15

Set(集) 元素无序的、不可重复。

HashSet：线程不安全，存取速度快

　　　　　底层实现是一个HashMap（保存数据），实现Set接口

　　　　　默认初始容量为16（为何是16，见下方对HashMap的描述）

　　　　　加载因子为0.75：即当 元素个数 超过 容量长度的0.75倍 时，进行扩容

　　　　　扩容增量：原容量的 1 倍

　　　　　　如 HashSet的容量为16，一次扩容后是容量为32

Map是一个双列集合

HashMap：默认初始容量为16,长度始终保持2的n次方

　　　　　（为何是16：16是2^4，可以提高查询效率，另外，32=16<<1 -->至于详细的原因可另行分析，或分析源代码）

　　　　　加载因子为0.75：即当 元素个数 超过 容量长度的0.75倍 时，进行扩容

　　　　　扩容增量：原容量的 1 倍

　　　　　　如 HashMap的容量为16，一次扩容后是容量为32

HashTable：默认初始容量为11

　　　　　　线程安全，但是速度慢，不允许key/value为null

　　　　　加载因子为0.75：即当 元素个数 超过 容量长度的0.75倍 时，进行扩容

　　　　　扩容增量：2*原数组长度+1

　　　　　　如 HashTable的容量为11，一次扩容后是容量为23

24.set 也可以有序

我们经常听说List是有序且重复的，Set是无序不重复的。这里有个误区，这里说的顺序有两个概念，一是按添加的顺序排列，二是按自然顺序a-z排列。Set并不是无序的，传统说的Set无序是指HashSet,它不能保证元素的添加顺序，更不能保证自然顺序，而Set的其他实现类是可以实现这两种顺序的。

保证元素添加的顺序：LinkedHashSet

保证元素自然的顺序：TreeSet

25.HashMap的长度为什么使2的幂次方

为了能让HashMap存取高效，尽量减少碰撞，也就是要尽量把数据分配均匀，Hash值的范围是-2147483648到2147483647，前后加起来有40亿的映射空间，只要哈希函数映射的比较均匀松散，一般应用是很难出现碰撞的，但一个问题是40亿的数组内存是放不下的。所以这个散列值是不能直接拿来用的。用之前需要先对数组长度取模运算，得到余数才能用来存放位置也就是对应的数组小标。这个数组下标的计算方法是(n-1)&hash，n代表数组长度