java基础面试题六集合框架

Collection
Collection 是所有单一数据集合（如 List 和 Set）的父接口。Collection 本身不能直接用于创建集合对象，但它定义了一些集合的基本操作（如添加、删除、遍历等）。
- 主要子接口：
  - List：有序、允许重复元素。
  - Set：无序、不允许重复元素。
  - Queue：有序，通常按照 FIFO（先进先出）规则进行元素操作。
Map
Map 是键值对集合的父接口，表示一种将唯一键映射到特定值的数据结构。Map 本身也不能直接用于创建对象，但它定义了键值对的基本操作。
- 主要子接口和实现类：
  - HashMap：无序存储，允许 null 键和 null 值，线程不安全。
  - LinkedHashMap：按插入顺序存储，允许 null 键和 null 值。
  - TreeMap：按键排序，不允许 null 键。
  - Hashtable：线程安全，不允许 null 键和 null 值。
  - ConcurrentHashMap：线程安全，高效并发。

线程安全的集合类

在 Java 中，并非所有集合类都是线程安全的，只有部分实现类提供了线程安全的操作。

线程安全的集合类：
1. Vector 和 Stack：这两者都是线程安全的 List 实现，Vector 的所有方法都加了同步锁，而 Stack 继承自 Vector。
2. Hashtable：线程安全的 Map 实现，不允许 null 键和 null 值，所有方法都加了同步锁。
3. ConcurrentHashMap：线程安全的高效 Map 实现，分段锁设计保证了更好的并发性，适合高并发场景。
4. CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet：线程安全的 List 和 Set 实现，适合多读少写的场景，因为每次写操作都会复制整个集合。
非线程安全的集合类：
- ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap 等标准集合类都是非线程安全的。如果在多线程环境下使用这些集合，需手动同步（如通过 Collections.synchronizedList 包装）或使用并发集合。

6. 遍历集合的方式有哪些？

1. 使用 for-each 循环（增强型 for 循环）

适用于所有实现了 Iterable 接口的集合，如 List、Set、Queue 等。使用简单、代码简洁。

List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
for (String item : list) {
    System.out.println(item);
}

2. 使用迭代器（Iterator）

Iterator 是一种通用遍历方法，适用于所有集合，包括 List、Set 和 Map。Iterator 支持在遍历过程中删除元素，确保在多线程环境下的安全性。

List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    String item = iterator.next();
    System.out.println(item);
}

对于 List 类型，还可以使用 ListIterator，它支持双向遍历和修改元素：

List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
ListIterator<String> listIterator = list.listIterator();
while (listIterator.hasNext()) {
    String item = listIterator.next();
    System.out.println(item);
}

7. List下面有哪些实现

实现类	特点	适用场景
`ArrayList`	基于数组实现，查询快，增删慢，线程不安全。	适合频繁查询和顺序存储的场景。
`LinkedList`	基于双向链表，增删快，查询慢，线程不安全。	适合频繁增删操作的场景。
`Vector`	基于数组实现，线程安全，性能较低。	适合多线程环境的顺序列表，但一般不推荐使用。
`Stack`	继承自 `Vector`，实现 LIFO 的栈结构。	适合后进先出的场景，如回退功能。
`CopyOnWriteArrayList`	基于写时复制实现，线程安全，适合读多写少。	适合多线程环境下读多写少的场景。

8. ArrayList与LinkedList区别？

底层实现

动态数组

双向链表

随机访问效率

高（O(1)）

低（O(n)）

插入/删除效率

末尾高效，中间位置低效

首尾高效，中间位置高效（调整引用指针）

内存占用

较小，存储元素本身

较大，每个元素需额外存储前后引用指针

线程安全性

线程不安全

适用场景

频繁读取、少量增删

频繁插入、删除（如队列、栈实现）

9. ArrayList与Vector区别呢？为什么要用ArrayList取代Vector呢？

1. 线程安全性

ArrayList：非线程安全，没有同步机制，因此在多线程环境下需要手动同步。
Vector：线程安全，内部方法使用 synchronized 进行同步。每次访问或修改数据时都会加锁，保证线程安全性。

为什么使用 ArrayList 替代 Vector？
在现代 Java 开发中，通常采用外部同步或使用 CopyOnWriteArrayList 或 Collections.synchronizedList() 来确保线程安全，而不需要依赖 Vector 的同步机制。Vector 的同步是强制的，会影响性能，因此在不需要线程安全的场景下，ArrayList 是更好的选择。

2. 性能

ArrayList：因为没有同步，性能比 Vector 高，适合单线程环境或手动控制同步的多线程环境。
Vector：由于同步机制的存在，性能比 ArrayList 低，尤其是在频繁操作的情况下，过多的同步操作会导致性能损耗。

3. 扩容机制

ArrayList：默认情况下，容量不足时会扩容为原来的 1.5 倍（即 50%）。
Vector：默认情况下，容量不足时会扩容为原来的 2 倍。虽然这种扩容机制减少了扩容次数，但会增加内存消耗。

为什么使用 ArrayList 替代 Vector？
ArrayList 的扩容机制相比 Vector 更加节约内存，并减少不必要的扩容操作，更加灵活。

10. Java.util.ArrayList常用的方法有哪些？

1. 添加元素

add(E e): 将元素 e 添加到 ArrayList 的末尾。
add(int index, E element): 在指定的索引位置插入元素 element。

2. 获取元素

get(int index): 获取指定索引位置的元素。

3. 修改元素

set(int index, E element): 用新的元素 element 替换指定索引位置的元素。

4. 删除元素

remove(int index): 移除指定索引位置的元素。
remove(Object o): 移除首次出现的指定元素 o。
clear(): 清空 ArrayList 中的所有元素。

5. 查询元素

contains(Object o): 检查 ArrayList 中是否包含指定元素 o。
indexOf(Object o): 返回指定元素 o 首次出现的索引位置，如果不存在则返回 -1。
lastIndexOf(Object o): 返回指定元素 o 最后一次出现的索引位置。

6. 获取大小

size(): 返回 ArrayList 中的元素个数。

7. 判断是否为空

isEmpty(): 检查 ArrayList 是否为空。

11. Arraylist 是有序还是无序？为什么？

ArrayList 是有序的，因为它会按照元素插入的顺序来存储和访问数据。

原因

顺序存储：ArrayList 基于动态数组实现，每个元素都有一个固定的索引位置。插入时，元素会按顺序依次存储。
索引访问：ArrayList 提供按索引访问元素的方法（如 get(int index)），这意味着我们可以通过索引确定每个元素的顺序。
插入顺序：在不排序的情况下，ArrayList 中的元素会保持插入时的顺序，不会因为插入或删除而打乱已有元素的顺序。

因此，ArrayList 是有序的集合类，其元素按插入顺序排列，适合需要顺序访问或按索引快速访问的场景。

12. Set集合有哪些实现类，分别有什么特点？

1. HashSet

特点：基于哈希表实现的集合，不保证元素的顺序。
存储顺序：无序（插入顺序不被保证），但可以实现快速存取。
速度：插入、删除、查找的时间复杂度为 O(1)，性能通常比其他 Set 实现更高。
注意事项：由于使用哈希算法，HashSet 中存储的元素需要正确实现 hashCode() 和 equals() 方法。

2. LinkedHashSet

特点：HashSet 的子类，基于链表和哈希表的组合实现，保留了元素的插入顺序。
存储顺序：有序（按元素的插入顺序存储）。
速度：在保证插入顺序的前提下，插入、删除、查找的时间复杂度仍然为 O(1)，但略慢于 HashSet。
适用场景：适合需要按插入顺序遍历元素的场景。

3. TreeSet

特点：基于红黑树（自平衡的二叉查找树）实现，元素会按自然顺序或自定义比较器排序。
存储顺序：有序（按元素的自然顺序或自定义排序规则存储）。
速度：插入、删除、查找的时间复杂度为 O(log n)，由于排序，性能一般低于 HashSet 和 LinkedHashSet。
适用场景：适合需要排序的场景，或者需要按顺序遍历元素的情况。

13. List集合和Set集合的区别？

1. 是否允许重复元素

List：允许存储重复的元素。例如，一个 List 中可以有多个相同的元素。
Set：不允许存储重复的元素，每个元素在 Set 中都是唯一的。

2. 元素的存储顺序

List：有序集合，按照元素的插入顺序进行存储和访问。可以通过索引访问元素。
Set：一般是无序的（如 HashSet），但有的实现类（如 LinkedHashSet）会按插入顺序存储，TreeSet 则按自然顺序或自定义比较器排序。

3. 索引支持

List：支持按索引访问元素，提供了 get(int index)、indexOf(Object o) 等方法，可以直接访问或查找特定索引位置的元素。
Set：不支持索引访问，没有按位置访问的功能。Set 中的元素只能通过迭代器或增强型 for 循环来遍历。

4. 常见实现类

List：
- ArrayList：基于动态数组实现，访问速度快，增删元素效率略低。
- LinkedList：基于双向链表实现，增删元素效率较高，但随机访问速度较慢。
- Vector：线程安全的 List 实现，已较少使用。
Set：
- HashSet：基于哈希表实现，不保证顺序，查找速度快。
- LinkedHashSet：基于哈希表和链表，按插入顺序存储。
- TreeSet：基于红黑树实现，按自然顺序或自定义顺序存储，支持排序。

14. Set里的元素是不能重复的，那么用什么方法来区分重复与否呢? 是用==还是equals()? 它们有何区别?

Set 使用 equals() 和 hashCode() 方法来区分重复元素。
== 比较的是内存地址，而 equals() 比较的是内容。

15. TreeSet两种排序方式在使用的时候怎么起作用？

自然排序：依赖 Comparable 接口中的 compareTo() 方法，适用于需要默认排序的情况。
定制排序：依赖 Comparator 接口，可以在创建 TreeSet 时定义自定义排序规则，用于特定排序需求。

16. TreeSet的数据结构

TreeSet 的底层数据结构是红黑树（Red-Black Tree），它是一种自平衡的二叉搜索树。由于 TreeSet 使用红黑树实现，因此它可以保证集合中元素的有序性和高效的插入、删除、查找操作。

17. 说一下Java的集合Map有哪些Map？

1. HashMap

特点：基于哈希表实现，存储无序。键和值都允许为 null（键只能有一个 null）。
线程安全性：非线程安全，如果需要线程安全，可以使用 Collections.synchronizedMap(new HashMap<>())。
时间复杂度：平均情况下，插入、删除、查找的时间复杂度为 O(1)。
适用场景：适用于不要求顺序、需要快速查找的场景。

2. LinkedHashMap

特点：HashMap 的子类，保留了键值对的插入顺序（也可以按访问顺序）。
线程安全性：非线程安全。
时间复杂度：与 HashMap 类似，平均时间复杂度为 O(1)。
适用场景：适用于需要维护元素插入顺序或按访问顺序迭代的场景。

3. TreeMap

特点：基于红黑树实现，键值对按键的自然顺序或自定义比较器的顺序排序。
线程安全性：非线程安全。
时间复杂度：查找、插入、删除操作的时间复杂度为 O(log n)。
适用场景：适用于需要按顺序遍历键值对的场景。

4. Hashtable

特点：基于哈希表实现，早期的 Map 实现类，不允许键或值为 null。
线程安全性：线程安全，通过同步方法实现线程安全。
时间复杂度：查找、插入、删除的时间复杂度为 O(1)。
适用场景：适用于多线程环境下不允许键或值为 null 的情况（不过由于性能问题，现已较少使用）。

18. final怎么用，修饰Map可以继续添加数据吗？

final 修饰 Map 后，Map 的引用地址不能改变，即不能重新指向其他 Map 对象。
final 并不影响 Map 的内容，因此可以在 Map 中继续添加、删除或修改元素。

19. Set和Map的比较

HashSet底层就是HashMap

LinkedHashSet底层就是LinkedHashMap

TreeSet底层就是TreeMap

20. HashMap说一下，线程安全吗？

为什么 HashMap 不是线程安全的？

无同步机制：HashMap 的方法没有进行同步（synchronized）处理，因此多个线程可以同时操作 HashMap，这可能导致竞态条件（Race Condition），如覆盖或丢失数据。
扩容时的并发问题：HashMap 在需要扩容时，会重新分配内部的哈希桶数组并将数据重新分配到新的桶中。如果多个线程同时触发了扩容，可能会出现环形链表、数据丢失等问题，导致死循环或性能问题。

线程安全的替代方案

ConcurrentHashMap：ConcurrentHashMap 是 HashMap 的线程安全替代品。它采用了分段锁（Segmented Lock）机制，在高并发下可以保证线程安全，同时性能也优于使用同步锁的 Hashtable。
Collections.synchronizedMap()：可以使用 Collections.synchronizedMap() 方法来包装 HashMap，得到一个线程安全的 Map。这种方式会对 HashMap 的所有访问方法进行同步处理，但性能较差，因为所有操作都在同一个锁上进行串行化。

21. HashMap和Hashbable的区别？

线程安全性

不安全，需手动同步

线程安全，自动同步

是否允许 null 键/值 允许 null 键和 null 值不允许 null 键和值

性能

更高效（无同步机制）

性能较差（由于同步机制）

迭代器 fail-fast 迭代器（检测并发修改）传统的迭代器（没有 fail-fast）

继承关系 继承自 AbstractMap 继承自 Dictionary（已废弃）

使用推荐

推荐使用，特别是在现代应用中

不推荐使用，已经被淘汰

22. Hashtable是怎么实现的，为什么线程安全？

1. Hashtable 的实现结构

Hashtable 是基于哈希表实现的，这与 HashMap 类似。哈希表使用数组和链表（或其他数据结构）来存储数据，其核心思想是通过哈希函数将键（key）映射到数组中的索引位置，从而实现快速的查找、插入和删除。

哈希表数组：Hashtable 底层使用一个数组来存储键值对。每个数组元素是一个链表或树（如果哈希冲突严重）。每个键值对通过哈希函数计算出键的哈希值，进而映射到数组中的一个索引位置。
链表解决冲突：当两个不同的键经过哈希函数计算后得到相同的索引时，会发生哈希冲突。Hashtable 会使用链表来存储这些哈希冲突的键值对。即，多个键值对会被存储在同一个位置的链表中。

2. Hashtable 的线程安全性

Hashtable 的线程安全性主要来源于它对所有方法的同步（synchronization）。在多线程环境中，多个线程可能同时访问同一个 Hashtable 对象，Hashtable 会使用 synchronized 关键字来确保每次只有一个线程能够访问对象的内部状态，从而防止数据竞争和不一致的状态。

23. HashMap和LinkedHashMap的区别

存储顺序

无序

按插入顺序或访问顺序

实现结构

基于哈希表

基于哈希表 + 双向链表

性能

较高，操作较快

较低，因维护顺序而稍微慢一些

内存开销

较小

较大，额外维护链表指针

适用场景

不关心顺序的场景

需要维持顺序（如缓存、按顺序遍历）

null 键/值 允许（最多一个 null 键）允许（最多一个 null 键）

构造方法

简单构造方法

支持按顺序排序的构造方法

24. HashMap 和 TreeMap 的区别

HashMap 适合那些不关心顺序、需要快速查找、插入和删除的场景，通常性能更好，尤其是在大数据量的情况下。
TreeMap 适合那些需要保证键的有序性，或者需要根据键的顺序进行遍历的场景，尤其适用于有序集合操作，如获取最大/最小键值对、按顺序遍历等。

25. HashMap里面实际装的是什么？

HashMap 内部实际存储的是 Entry 对象，每个 Entry 对象存储一个键值对（key-value）。
元素是存储在一个数组中，如果发生哈希冲突，使用链表或红黑树来解决。
HashMap 采用哈希算法来确定元素存储的位置，元素的顺序是无序的。

26. HashMap的key存储在哪里？和value存储在一起吗？那么value存储在哪里？说具体点？

key 和 value 是存储在 Entry 对象中的。
Entry 对象 存储在 HashMap 的数组中。数组中的每个元素是一个链表或红黑树的头节点，用于处理哈希冲突。
key 和 value 存储在同一个 Entry 对象内，而 next 指针用于处理冲突时的链表连接。

因此，HashMap 的 key 和 value 会通过 Entry 对象一起存储在哈希表的数组中，而哈希表中的每个位置可能有多个 Entry 对象（在发生哈希冲突时）。

27. 自定义类型可以作为Key么？

自定义类型可以作为 HashMap 的 key，但必须确保自定义类正确实现了 hashCode() 和 equals() 方法，这样才能保证哈希值的正确性和键的唯一性。
键对象的 hashCode() 和 equals() 方法应该根据对象的实际属性来实现，确保哈希表的效率和正确性。

28. 集合类的工具类是谁？用过工具类哪些方法？

在 Java 中，集合类的工具类是 java.util.Collections 类，它提供了许多静态方法来操作和处理集合（如 List、Set、Map 等）。这些方法大大简化了集合的操作，增强了集合类的功能。

常用的 Collections 类方法

1. 排序方法

sort(List<T> list)：用于对 List 集合进行升序排序。排序的依据是元素的自然顺序（即元素实现了 Comparable 接口）。
sort(List<T> list, Comparator<? super T> c)：用于按照指定的 Comparator 对 List 进行排序，可以自定义排序规则。

2. 反转方法

reverse(List<?> list)：用于反转 List 中元素的顺序

3. 填充方法

fill(List<? super T> list, T obj)：用指定的元素替换 List 中的所有元素

4. 查找方法

max(Collection<? extends T> coll)：返回集合中最大元素。要求元素实现了 Comparable 接口。
min(Collection<? extends T> coll)：返回集合中最小的元素

29. Collection 和 Collections的区别？

Collection 是集合框架的根接口，定义了集合的基本操作方法，所有集合类（如 List、Set 等）都实现了 Collection 接口。
Collections 是一个工具类，提供了许多静态方法来操作和处理集合，如排序、查找、反转等。它不用于定义集合类型，而是用于执行常见的集合操作。

30. ArrayList 如何实现排序

1. 使用 Collections.sort() 对 ArrayList 进行排序

Collections.sort() 是 Java 提供的一个静态方法，用于对实现了 Comparable 接口的元素进行排序。它对 List 进行升序排序，并且修改原列表。如果要实现自定义的排序顺序，可以传入一个 Comparator 对象。

31. HashMap是否线程安全，怎样解决HashMap的线程不安全

HashMap 本身不是线程安全的，在多线程环境下使用时需要特别小心。
如果需要线程安全的 Map，最推荐使用 ConcurrentHashMap，它可以在多线程环境下高效地进行并发操作。
如果必须使用 HashMap，可以通过 Collections.synchronizedMap() 或显式加锁（如使用 ReentrantLock）来确保线程安全，但这些方法可能会影响性能。

原文地址：https://blog.csdn.net/m0_75210916/article/details/143656148

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