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java-集合-核心知识

2021-11-26 3:31:55
本篇文章主要介绍java 核心知识点:集合。主要包含常见的几种,例如List、set、Map等。
关注集合的自身特性以及底层实现原理。

List

包含常见的List,例如ArrayList、LinkedList、Vector等。
关注ArrayList和LinkedList两者的底层实现以及区别

ArrayList 、LinkedList和Vector的区别?

1. 是否保证线程安全:
  ArrayList和LinkedList都不是线程安全的
  Vector是线程安全的,但是底层大量使用了synchronized关键字,效率不是很高。
2. 底层数据结构
  ArrayList 和 Vector 底层是数组,查询效率高,多用于查询较多的场合;
  LinkedList 底层是双向链表,插入和删除非常方便,适用于插入较多的场合
3. 默认大小与扩容
  ArrayList :JDK 1.7 之前默认大小是 10 JDK 1.7 之后是0 每次按照1.5倍扩容
  LinkedList:底层是链表结构,是不连续的存储空间,没有默认大小的说法。
  Vector扩容是2倍

map

常见的map集合,例如HashMap、hashTable以及TreeMap等。

关注HashMap底层实现 HashMap HashTable区别

你都知道哪些常用的Map集合?

HashMap、HashTable、TreeMap、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap

HashMap 的工作原理?

1. JDK 1.8 之前数据底层是数组和链表结合在一起叫做 `链表散列`
2. JDK 1.8 简化 hash 方法
3. JDK 1.8 之后在解决hash冲突有了较大的变化,当链表长度大于阀值(默认为 8)时,
  将链表转化为红黑树以减少搜索时间。

可参考:

  • HashMap 的 hash 方法原理是什么?

  • HashMap 的扩容机制

  • 为什么 HashMap 的加载因子是0.75?

  • HashMap三两事

HashMap和Hashtable有什么区别?

线程安全问题:
  Hashtable是线程安全的,HashMap不安全
空值问题:
  HashTable不允许null值(key和value都不可以),
  HashMap允许使用null值(key和value)都可以。
    但是这样的键只有一个,可以有一个或多个键所对应的值��null。
初始容量与扩容:
  HashMap 默认初始大小 16,每次扩容 2n;
  HashTable 默认初始大小为11,每次扩容 2n+1

ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别

底层数据结构:
  ConcurrentHashMap 
    JDK 1.7 底层采用 分段的数组 + 链表实现。
    JDK 1.8 采用的是 数组 + 链表/红黑树
  HashTable 
    底层采用的是 数组 + 链表
实现线程安全的方式:
  ConcurrentHashMap 
    JDK1.7底层采用分段锁,对整个桶数进行了分割分段(segment),
      每一把锁只锁容器其中一部分数据,提高并发访问率。
    JDK 1.8 底层采用 Node数组 + 链表 + 红黑树的结构实现,
      并发控制使用了 synchronized 和 CAS 操作。
  HashTable 底层采用synchronized 来保证线程安全,
    直接是方法级别的加锁, ConcurrentHashMap 虽然也是 synchronized 
    但它是对链表或者红黑树的头节点进行加锁,锁的粒度更小

set

常见的set数据结构:HashSet、LinkedHashSet、TreeSet

HashSet 是如何检查重复的?

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。
1. 如果没有相符的hashcode,HashSet会假设对象没有重复出现
2. 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
  
Hashset的内部采用 HashMap来实现的,不允许重复,所以HashSet只允许存储一个 null对象。

1.Java 集合框架是什么?说出一些集合框架的优点?

每种编程语言中都有集合,最初的 Java 版本包含几种集合类:Vector、Stack、HashTable 和

Array。

随着集合的广泛使用,Java1.2 提出了囊括所有集合接口、实现和算法的集合框架。在保证

线程安全的情况下使用泛型和并发集合类,Java 已经经历了很久。它还包括在 Java 并发包

中,阻塞接口以及它们的实现。

集合框架的部分优点如下:

1)使用核心集合类降低开发成本,而非实现我们自己的集合类。

2)随着使用经过严格测试的集合框架类,代码质量会得到提高。

3)通过使用 JDK 附带的集合类,可以降低代码维护成本。

4)复用性和可操作性。

2.集合框架中的泛型有什么优点?

1.Java1.5 引入了泛型,所有的集合接口和实现都大量地使用它。

2.泛型允许我们为集合提供一个可以容纳的对象类型,因此,如果你添加其它类型的任何元

素,它会在编译时报错。

3.这避免了在运行时出现 ClassCastException,因为你将会在编译时得到报错信息。

4.泛型也使得代码整洁,我们不需要使用显式转换和 instanceOf 操作符。

5.它也给运行时带来好处,因为不会产生类型检查的字节码指令。

3.Java 集合框架的基础接口有哪些?

Collection 为集合层级的根接口。一个集合代表一组对象,这些对象即为它的元素。Java 平

台不提供这个接口任何直接的实现。

Set 是一个不能包含重复元素的集合。这个接口对数学集合抽象进行建模,被用来代表集合,

就如一副牌。

List 是一个有序集合,可以包含重复元素。你可以通过它的索引来访问任何元素。List 更像

长度动态变换的数组。

Map 是一个将 key 映射到 value 的对象.一个 Map 不能包含重复的 key:每个 key 最多只能映

射一个 value。更多关注 Java 大后端公众号

一些其它的接口有 Queue、Dequeue、SortedSet、SortedMap 和 ListIterator。

4.为何 Collection 不从 Cloneable 和 Serializable 接口继承?

Collection 接口指定一组对象,对象即为它的元素。如何维护这些元素由 Collection 的具体实

现决定。例如,一些如 List 的 Collection 实现允许重复的元素,而其它的如 Set 就不允许。

很多 Collection 实现有一个公有的 clone 方法。然而,把它放到集合的所有实现中也是没有

意义的。这是因为 Collection 是一个抽象表现。重要的是实现。

当与具体实现打交道的时候,克隆或序列化的语义和含义才发挥作用。所以,具体实现应该

决定如何对它进行克隆或序列化,或它是否可以被克隆或序列化。点击这里一文学会序列化。

在所有的实现中授权克隆和序列化,最终导致更少的灵活性和更多的限制。特定的实现应该

决定它是否可以被克隆和序列化。点击这里一文学会序列化。

5.为何 Map 接口不继承 Collection 接口?

尽管 Map 接口和它的实现也是集合框架的一部分,但 Map 不是集合,集合也不是 Map。因

此,Map 继承 Collection 毫无意义,反之亦然。

如果 Map 继承 Collection 接口,那么元素去哪儿?Map 包含 key-value 对,它提供抽取 key

或 value 列表集合的方法,但是它不适合“一组对象”规范。

6.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。

7.Enumeration 和 Iterator 接口的区别?

Enumeration 的速度是 Iterator 的两倍,也使用更少的内存。Enumeration 是非常基础的,也

满足了基础的需要。但是,与 Enumeration 相比,Iterator 更加安全,因为当一个集合正在

被遍历的时候,它会阻止其它线程去修改集合。

迭代器取代了 Java 集合框架中的 Enumeration。迭代器允许调用者从集合中移除元素,而

Enumeration 不能做到。为了使它的功能更加清晰,迭代器方法名已经经过改善。更多关注 Java 大后端公众号

8.为何没有像 Iterator.add()这样的方法,向集合中添加元素?

语义不明,已知的是,Iterator 的协议不能确保迭代的次序。然而要注意,ListIterator 没有提

供一个 add 操作,它要确保迭代的顺序。

9.为何迭代器没有一个方法可以直接获取下一个元素,而不需要移动游标?

它可以在当前 Iterator 的顶层实现,但是它用得很少,如果将它加到接口中,每个继承都要

去实现它,这没有意义。

10.Iterater 和 ListIterator 之间有什么区别?

1)我们可以使用 Iterator 来遍历 Set 和 List 集合,而 ListIterator 只能遍历 List。

2)Iterator 只可以向前遍历,而 LIstIterator 可以双向遍历。

3)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。

11.通过迭代器 fail-fast 属性,你明白了什么?

每次我们尝试获取下一个元素的时候,Iterator fail-fast 属性检查当前集合结构里的任何改动。

如果发现任何改动,它抛出 ConcurrentModificationException。Collection 中所有 Iterator 的实

现都是按 fail-fast 来设计的(ConcurrentHashMap 和 CopyOnWriteArrayList 这类并发集合类除

外)。

12.fail-fast 与 fail-safe 有什么区别?

Iterator 的 fail-fast 属性与当前的集合共同起作用,因此它不会受到集合中任何改动的影响。

Java.util 包中的所有集合类都被设计为 fail-fast 的,

而 java.util.concurrent 中的集合类都为 fail-safe 的。

Fall—fast 迭代器抛出 ConcurrentModificationException,

fall—safe 迭代器从不抛出 ConcurrentModificationException。

13.在迭代一个集合的时候,如何避免?

ConcurrentModificationException?

在遍历一个集合的时候我们可以使用并发集合类来避免 ConcurrentModificationException,比如使用 CopyOnWriteArrayList,而不是 ArrayList。

14.为何 Iterator 接口没有具体的实现?

Iterator 接口定义了遍历集合的方法,但它的实现则是集合实现类的责任。每个能够返回用

于遍历的 Iterator 的集合类都有它自己的 Iterator 实现内部类。

这就允许集合类去选择迭代器是 fail-fast 还是 fail-safe 的。比如,ArrayList 迭代器是 fail-fast

的,而 CopyOnWriteArrayList 迭代器是 fail-safe 的。

15.UnsupportedOperationException 是什么?

UnsupportedOperationException 是用于表明操作不支持的异常。在 JDK 类中已被大量运用,

在集合框架 java.util.Collections.UnmodifiableCollection 将会在所有 add 和 remove 操作中抛出

这个异常。

16.hashCode()和 equals()方法有何重要性?

HashMap 使用 Key 对象的 hashCode()和 equals()方法去决定 key-value 对的索引。点击这里一

文搞懂它们之间的关系。

当我们试着从 HashMap 中获取值的时候,这些方法也会被用到。如果这些方法没有被正确

地实现,在这种情况下,两个不同 Key 也许会产生相同的 hashCode()和 equals()输出,HashMap

将会认为它们是相同的,然后覆盖它们,而非把它们存储到不同的地方。

同样的,所有不允许存储重复数据的集合类都使用 hashCode()和 equals()去查找重复,所以

正确实现它们非常重要。equals()和 hashCode()的实现应该遵循以下规则:

1.如果 o1.equals(o2),那么 o1.hashCode() == o2.hashCode()总是为 true 的。

2.如果 o1.hashCode() == o2.hashCode(),并不意味着 o1.equals(o2)会为 true。

17.Map 接口提供了哪些不同的集合视图?

Map 接口提供三个集合视图:

1)Set keyset():返回 map 中包含的所有 key 的一个 Set 视图。集合是受 map 支持的,map

的变化会在集合中反映出来,反之亦然。当一个迭代器正在遍历一个集合时,若 map 被修

改了(除迭代器自身的移除操作以外),迭代器的结果会变为未定义。集合支持通过 Iterator

更多关注 Java 大后端公众号更多关注 Java 大后端公众号

的 Remove、Set.remove、removeAll、retainAll 和 clear 操作进行元素移除,从 map 中移除对

应的映射。

它不支持 add 和 addAll 操作。

2)Collection values():返回一个map中包含的所有value的一个Collection视图。这个collection

受 map 支持的,map 的变化会在 collection 中反映出来,反之亦然。当一个迭代器正在遍历

一个 collection 时,若 map 被修改了(除迭代器自身的移除操作以外),迭代器的结果会变

为未定义。集合支持通过 Iterator 的 Remove、Set.remove、removeAll、retainAll 和 clear 操作

进行元素移除,从 map 中移除对应的映射。它不支持 add 和 addAll 操作。

3)Set<Map.Entry<K,V>> entrySet():返回一个 map 钟包含的所有映射的一个集合视图。这个

集合受 map 支持的,map 的变化会在 collection 中反映出来,反之亦然。当一个迭代器正在

遍历一个集合时,若 map 被修改了(除迭代器自身的移除操作,以及对迭代器返回的 entry

进行 setValue 外),迭代器的结果会变为未定义。集合支持通过 Iterator 的 Remove、Set.remove、

removeAll、retainAll 和 clear 操作进行元素移除,从 map 中移除对应的映射。它不支持 add

和 addAll 操作。

18.HashMap 和 HashTable 有何不同?

1)HashMap 允许 key 和 value 为 null,而 HashTable 不允许。

2)HashTable 是同步的,而 HashMap 不是。所以 HashMap 适合单线程环境,HashTable

适合多线程环境。

3)在 Java1.4 中引入了 LinkedHashMap,HashMap 的一个子类,假如你想要遍历顺序,你

很容易从 HashMap 转向 LinkedHashMap,但是 HashTable 不是这样的,它的顺序是不可预知

的。

4)HashMap 提供对 key 的 Set 进行遍历,因此它是 fail-fast 的,但 HashTable 提供对 key

的 Enumeration 进行遍历,它不支持 fail-fast。

5)HashTable 被认为是个遗留的类,如果你寻求在迭代的时候修改 Map,你应该使用

CocurrentHashMap。

19.如何决定选用 HashMap 还是 TreeMap?

对于在 Map 中插入、删除和定位元素这类操作,HashMap 是最好的选择。然而,假如你需

要对一个有序的 key 集合进行遍历,TreeMap 是更好的选择。基于你的 collection 的大小,

也许向 HashMap 中添加元素会更快,将 map 换为 TreeMap 进行有序 key 的遍历。

20.ArrayList 和 Vector 有何异同点?更多关注 Java 大后端公众号

ArrayList 和 Vector 在很多时候都很类似。

1)两者都是基于索引的,内部由一个数组支持。

2)两者维护插入的顺序,我们可以根据插入顺序来获取元素。

3)ArrayList 和 Vector 的迭代器实现都是 fail-fast 的。

4)ArrayList 和 Vector 两者允许 null 值,也可以使用索引值对元素进行随机访问。

以下是 ArrayList 和 Vector 的不同点。

1)Vector 是同步的,而 ArrayList 不是。然而,如果你寻求在迭代的时候对列表进行改变,

你应该使用 CopyOnWriteArrayList。

2)ArrayList 比 Vector 快,它因为有同步,不会过载。

3)ArrayList 更加通用,因为我们可以使用 Collections 工具类轻易地获取同步列表和只读

列表。

21.Array 和 ArrayList 有何区别?什么时候更适合用 Array?

Array 可以容纳基本类型和对象,而 ArrayList 只能容纳对象。

Array 是指定大小的,而 ArrayList 大小是固定的。

Array 没有提供 ArrayList 那么多功能,比如 addAll、removeAll 和 iterator 等。尽管 ArrayList

明显是更好的选择,但也有些时候 Array 比较好用。

1)如果列表的大小已经指定,大部分情况下是存储和遍历它们。

2)对于遍历基本数据类型,尽管 Collections 使用自动装箱来减轻编码任务,在指定大小

的基本类型的列表上工作也会变得很慢。

3)如果你要使用多维数组,使用[][]比 List<List<>>更容易。

22.ArrayList 和 LinkedList 有何区别?

ArrayList 和 LinkedList 两者都实现了 List 接口,但是它们之间有些不同。

1)ArrayList 是由 Array 所支持的基于一个索引的数据结构,所以它提供对元素的随机访问,

复杂度为 O(1),但 LinkedList 存储一系列的节点数据,每个节点都与前一个和下一个节点相

连接。所以,尽管有使用索引获取元素的方法,内部实现是从起始点开始遍历,遍历到索引

的节点然后返回元素,时间复杂度为 O(n),比 ArrayList 要慢。

2)与 ArrayList 相比,在 LinkedList 中插入、添加和删除一个元素会更快,因为在一个元素被

插入到中间的时候,不会涉及改变数组的大小,或更新索引。

3)LinkedList 比 ArrayList 消耗更多的内存,因为 LinkedList 中的每个节点存储了前后节点的

引用。23.哪些集合类提供对元素的随机访问?

ArrayList、HashMap、TreeMap 和 HashTable 类提供对元素的随机访问。

24.哪些集合类是线程安全的?

Vector、HashTable、Properties 和 Stack 是同步类,所以它们是线程安全的,可以在多线程环

境下使用。Java1.5 并发 API 包括一些集合类,允许迭代时修改,因为它们都工作在集合的

克隆上,所以它们在多线程环境中是安全的。点击这里一文搞懂问什么线程不安全。

25.并发集合类是什么?

Java1.5 并发包(java.util.concurrent)包含线程安全集合类,允许在迭代时修改集合。迭代

器 被 设 计 为 fail-fast 的 , 会 抛 出 ConcurrentModificationException 。 一 部 分 类 为 :

CopyOnWriteArrayList、 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArraySet。

26.队列和栈是什么,列出它们的区别?

栈和队列两者都被用来预存储数据。java.util.Queue 是一个接口,它的实现类在 Java 并发包

中。队列允许先进先出(FIFO)检索元素,但并非总是这样。Deque 接口允许从两端检索元

素。栈与队列很相似,但它允许对元素进行后进先出(LIFO)进行检索。Stack 是一个扩展

自 Vector 的类,而 Queue 是一个接口。

27.Collections 类是什么?

Java.util.Collections 是一个工具类仅包含静态方法,它们操作或返回集合。

它包含操作集合的多态算法,返回一个由指定集合支持的新集合和其它一些内容。这个类包

含集合框架算法的方法,比如折半搜索、排序、混编和逆序等。

28.Comparable 和 Comparator 接口有何区别?

Comparable 和 Comparator 接口被用来对对象集合或者数组进行排序。Comparable 接口被用

来提供对象的自然排序,我们可以使用它来提供基于单个逻辑的排序。

Comparator 接口被用来提供不同的排序算法,我们可以选择需要使用的 Comparator 来对给

定的对象集合进行排序。

29.我们如何对一组对象进行排序?

更多关注 Java 大后端公众号如果我们需要对一个对象数组进行排序,我们可以使用 Arrays.sort()方法。如果我们需要排

序一个对象列表,我们可以使用 Collection.sort()方法。

两个类都有用于自然排序(使用 Comparable)或基于标准的排序(使用 Comparator)的重

载方法 sort()。Collections 内部使用数组排序方法,所有它们两者都有相同的性能,只是

Collections 需要花时间将列表转换为数组。

30.当一个集合被作为参数传递给一个函数时,如何才可以确保函数不能修改它?

在作为参数传递之前,我们可以使用 Collections.unmodifiableCollection(Collection c)方法创建

一个只读集合,

这将确保改变集合的任何操作都会抛出 UnsupportedOperationException。