BAT面试必备——Java 集合类

本文首发于我的个人博客：尾尾部落

1. Iterator接口

Iterator接口，这是一个用于遍历集合中元素的接口，主要包含hashNext(),next(),remove()三种方法。它的一个子接口LinkedIterator在它的基础上又添加了三种方法，分别是add(),previous(),hasPrevious()。也就是说如果是先Iterator接口，那么在遍历集合中元素的时候，只能往后遍历，被遍历后的元素不会在遍历到，通常无序集合实现的都是这个接口，比如HashSet，HashMap；而那些元素有序的集合，实现的一般都是LinkedIterator接口，实现这个接口的集合可以双向遍历，既可以通过next()访问下一个元素，又可以通过previous()访问前一个元素，比如ArrayList。

2. List

List是元素有序并且可以重复的集合。
List的主要实现：ArrayList, LinkedList, Vector。

2. ArrayList、LinkedList、Vector 的区别

	ArrayList	LinkedList	Vector
底层实现	数组	双向循环链表	数组
同步性及效率	不同步，非线程安全，效率高	不同步，非线程安全，效率高	同步，线程安全，效率低
特点	查询快,增删慢	查询慢,增删快	查询快,增删慢
默认容量	10	/	10
扩容机制	int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //1.5 倍	/	2 倍

总结：

• ArrayList 和 Vector 基于数组实现，对于随机访问get和set，ArrayList优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。

• LinkedList 不会出现扩容的问题，所以比较适合随机位置增、删。但是其基于链表实现，所以在定位时需要线性扫描，效率比较低。
• 当操作是在一列数据的后面添加数据而不是在前面或中间,并且需要随机地访问其中的元素时,使用ArrayList会提供比较好的性能；
• 当你的操作是在一列数据的前面或中间添加或删除数据,并且按照顺序访问其中的元素时,就应该使用LinkedList了。

3. Set

Set集合中的对象不按特定的方式排序(存入和取出的顺序不一定一致)，并且没有重复对象。
Set的主要实现类：HashSet, TreeSet。

	HashSet	TreeSet	LinkedHashSet
底层实现	HashMap	红黑树	LinkedHashMap
重复性	不允许重复	不允许重复	不允许重复
有/无序	无序	有序，支持两种排序方式，自然排序和定制排序，其中自然排序为默认的排序方式。	有序，以元素插入的顺序来维护集合的链接表
时间复杂度	add()，remove()，contains()方法的时间复杂度是O(1)	add()，remove()，contains()方法的时间复杂度是O(logn)	LinkedHashSet在迭代访问Set中的全部元素时，性能比HashSet好，但是插入时性能稍微逊色于HashSet，时间复杂度是 O(1)。
同步性	不同步，线程不安全	不同步，线程不安全	不同步，线程不安全
null值	允许null值	不支持null值，会抛出 java.lang.NullPointerException 异常。因为TreeSet应用 compareTo() 方法于各个元素来比较他们，当比较null值时会抛出 NullPointerException异常。	允许null值
比较	equals()	compareTo()	equals()

HashSet如何检查重复

当你把对象加入HashSet时，HashSet会先计算对象的hashcode值来判断对象加入的位置，同时也会与其他加入的对象的hashcode值作比较，如果没有相符的hashcode，HashSet会假设对象没有重复出现。但是如果发现有相同hashcode值的对象，这时会调用equals（）方法来检查hashcode相等的对象是否真的相同。如果两者相同，HashSet就不会让加入操作成功。
hashCode（）与equals（）的相关规定：

• 如果两个对象相等，则hashcode一定也是相同的
• 两个对象相等,对两个equals方法返回true
• 两个对象有相同的hashcode值，它们也不一定是相等的
• 综上，equals方法被覆盖过，则hashCode方法也必须被覆盖
  hashCode()的默认行为是对堆上的对象产生独特值。如果没有重写hashCode()，则该class的两个对象无论如何都不会相等（即使这两个对象指向相同的数据）。

总结：
HashSet是一个通用功能的Set，而LinkedHashSet 提供元素插入顺序保证，TreeSet是一个SortedSet实现，由Comparator 或者 Comparable指定的元素顺序存储元素。

4. Map

Map 是一种把键对象和值对象映射的集合，它的每一个元素都包含一对键对象和值对象。 Map没有继承于Collection接口从Map集合中检索元素时，只要给出键对象，就会返回对应的值对象。
Map 的常用实现类：HashMap、TreeMap、HashTable、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap

	HashMap	HashTable
底层实现	数组+链表	数组+链表
同步性	线程不同步	同步
null值	允许 key 和 Vale 是 null，但是只允许一个 key 为 null,且这个元素存放在哈希表 0 角标位置	不允许key、value 是 null
hash	使用hash(Object key)扰动函数对 key 的 hashCode 进行扰动后作为 hash 值	直接使用 key 的 hashCode() 返回值作为 hash 值
容量	容量为 2^4 且容量一定是 2^n	默认容量是11,不一定是 2^n
扩容	两倍，且哈希桶的下标使用 &运算代替了取模	2倍+1，取哈希桶下标是直接用模运算

几个问题：

1. HashMap 的工作原理？
通过hash的方法，通过put和get存储和获取对象。存储对象时，我们将K/V传给put方法时，它调用hashCode计算hash从而得到bucket位置，进一步存储，HashMap会根据当前bucket的占用情况自动调整容量(超过Load Facotr则resize为原来的2倍)。获取对象时，我们将K传给get，它调用hashCode计算hash从而得到bucket位置，并进一步调用equals()方法确定键值对。如果发生碰撞的时候，Hashmap通过链表将产生碰撞冲突的元素组织起来，在Java 8中，如果一个bucket中碰撞冲突的元素超过某个限制(默认是8)，则使用红黑树来替换链表，从而提高效率。
2.get和put的原理吗？equals()和hashCode()的都有什么作用？
通过对key的hashCode()进行hashing，并计算下标( n-1 & hash)，从而获得buckets的位置。如果产生碰撞，则利用key.equals()方法去链表或树中去查找对应的节点
3. HashMap 的长度为什么是2的幂次方？
为了能让 HashMap 存取高效，尽量较少碰撞，也就是要尽量把数据分配均匀，每个链表/红黑树长度大致相同。这个实现就是把数据存到哪个链表/红黑树中的算法。

HashMap 和 LinkedHashMap 的区别

• LinkedHashMap 拥有与 HashMap 相同的底层哈希表结构，即数组 + 单链表 + 红黑树，也拥有相同的扩容机制。
• LinkedHashMap 相比 HashMap 的拉链式存储结构，内部额外通过 Entry 维护了一个双向链表。
• HashMap 元素的遍历顺序不一定与元素的插入顺序相同，而 LinkedHashMap 则通过遍历双向链表来获取元素，所以遍历顺序在一定条件下等于插入顺序。
• LinkedHashMap 可以通过构造参数 accessOrder 来指定双向链表是否在元素被访问后改变其在双向链表中的位置。

HashMap & TreeMap 的区别

HashMap实现了Map接口，不保障元素顺序。
TreeMap实现了SortedMap接口，是一个有序的Map。内部采用红黑树实现，红黑树是一种维护有序数据的高效数据结构

ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别

ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别主要体现在实现线程安全的方式上不同。
底层数据结构： JDK1.7的 ConcurrentHashMap 底层采用 分段的数组+链表 实现，JDK1.8 采用的数据结构跟HashMap1.8的结构一样，数组+链表/红黑二叉树。Hashtable 和 JDK1.8 之前的 HashMap 的底层数据结构类似都是采用 数组+链表 的形式，数组是 HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的；
实现线程安全的方式（重要）： ① 在JDK1.7的时候，ConcurrentHashMap（分段锁） 对整个桶数组进行了分割分段(Segment)，每一把锁只锁容器其中一部分数据，多线程访问容器里不同数据段的数据，就不会存在锁竞争，提高并发访问率。（默认分配16个Segment，比Hashtable效率提高16倍。） 到了 JDK1.8 的时候已经摒弃了Segment的概念，而是直接用 Node 数组+链表+红黑树的数据结构来实现，并发控制使用 synchronized 和 CAS 来操作。（JDK1.6以后 对 synchronized锁做了很多优化） 整个看起来就像是优化过且线程安全的 HashMap，虽然在JDK1.8中还能看到 Segment 的数据结构，但是已经简化了属性，只是为了兼容旧版本；② Hashtable(同一把锁) :使用 synchronized 来保证线程安全，效率非常低下。当一个线程访问同步方法时，其他线程也访问同步方法，可能会进入阻塞或轮询状态，如使用 put 添加元素，另一个线程不能使用 put 添加元素，也不能使用 get，竞争会越来越激烈效率越低。

JDK1.7的ConcurrentHashMap：

JDK1.8的ConcurrentHashMap（TreeBin: 红黑二叉树节点 Node: 链表节点）：

参考

• 这几道Java集合框架面试题在面试中几乎必问
• 搞懂 HashSet & LinkedHashSet 源码以及集合常见面试题目

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