Java面试---集合篇

Java⾯试---集合篇
1.什么是迭代器(Iterator)？
Iterator接⼝提供了很多对集合元素进⾏迭代的⽅法。

每⼀个集合类都包含了可以返回迭代器实例的迭代⽅法。

迭代器可以在迭代的过程中删除底层集合的元素,但是不可以直接调⽤集合的 remove(Object Obj)删除，可以通过迭代器的remove()⽅法删除。

2.Iterator和ListIterator的区别是什么？
Iterator可⽤来遍历Set和List集合，但是ListIterator只能⽤来遍历List。

Iterator对集合只能是前向遍历，ListIterator既可以前向也可以后向。

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。

3.快速失败(fail-fast)和安全失败(fail-safe)的区别是什么？
⼀：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结构进⾏了修改（增加、删除），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结构发⽣变化，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）。

⼆：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。

4.HashMap的底层结构？
4.1HashMap的扩容机制？什么时候扩容？
4.2扩容时要重新计算hashcode值吗？
HashMap数据结构图：entry对象的数组+链表/红⿊树（entry对象即键值对对象）
HashMap数据插⼊原理图：
1.判断数组是否为空，为空进⾏初始化;
2.不为空，计算 k 的 hash 值，通过(n - 1) & hash计算应当存放在数组中的下标 index;
3.查看 table[index] 是否存在数据，没有数据就构造⼀个Node节点存放在 table[index] 中；
4.存在数据，说明发⽣了hash冲突(存在⼆个节点key的hash值⼀样), 继续判断key是否相等，相等，⽤新的value替换原数据(onlyIfAbsent为false)；
5.如果不相等，判断当前节点类型是不是树型节点，如果是树型节点，创造树型节点插⼊红⿊树中；(如果当前节点是树型节点证明当前已经是红⿊树了)
6.如果不是树型节点，创建普通Node加⼊链表中；判断链表长度是否⼤于 8并且数组长度⼤于64，⼤于的话链表转换为红⿊树；
7.插⼊完成之后判断当前节点数是否⼤于阈值，如果⼤于开始扩容为原数组的⼆倍。

4.1HashMap是怎么初始化容量的？
⼀般如果new HashMap() 不传值，默认⼤⼩是16，负载因⼦是0.75，如果⾃⼰传⼊初始⼤⼩k，初始化⼤⼩为⼤于k的 2的整数次⽅，例如如果传10，⼤⼩为16
4.2HashMap的哈希函数怎么设计的？为什么？
hash函数是先拿到 key 的hashcode，是⼀个32位的int值，然后让hashcode的⾼16位和低16位进⾏异或操作。

这个也叫扰动函数，这么设计有⼆点原因：
⼀定要尽可能降低hash碰撞，越分散越好；
算法⼀定要尽可能⾼效，因为这是⾼频操作, 因此采⽤位运算；
5.HashMap和Hashtable有什么区别？HashTable是如何保证线程安全的？
HashMap和Hashtable都实现了Map接⼝，因此很多特性⾮常相似。

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。

6.数组(Array)和列表(ArrayList)有什么区别？什么时候应该使⽤Array⽽不是ArrayList？
Array可以包含基本类型和对象类型，ArrayList只能包含对象类型。

Array⼤⼩是固定的，ArrayList的⼤⼩是动态变化的。

ArrayList提供了更多的⽅法和特性，⽐如：addAll()，removeAll()，iterator()等等。

对于基本类型数据，集合使⽤⾃动装箱来减少编码⼯作量。

但是，当处理固定⼤⼩的基本数据类型的时候，这种⽅式相对⽐较慢。

7.ArrayList和LinkedList有什么区别？
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。

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。

8.你了解⼤O符号(big-O notation)么？你能给出不同数据结构的例⼦么？
⼤O符号描述了当数据结构⾥⾯的元素增加的时候，算法的规模或者是⼀个渐进上界。

⼤O符号也可⽤来描述其他的⾏为，⽐如：内存消耗。

因为集合类实际上是数据结构，我们⼀般使⽤⼤O符号基于时间，内存和性能来选择最好的实现。

⼤O符号可以对⼤量数据的性能给出⼀个很好的说明。

9.如何权衡是使⽤⽆序的数组还是有序的数组？
有序数组最⼤的好处在于查找的时间复杂度是O(log n)，⽽⽆序数组是O(n)。

有序数组的缺点是插⼊操作的时间复杂度是O(n)，因为值⼤的元素需要往后移动来给新元素腾位置。

相反，⽆序数组的插⼊时间复杂度是常量O(1)。

10.Enumeration接⼝和Iterator接⼝的区别有哪些？
Enumeration速度是Iterator的2倍，同时占⽤更少的内存。

但是，Iterator远远⽐Enumeration安全，因为其他线程不能够修改正在被iterator遍历的集合⾥⾯的对象。

同时，Iterator允许调⽤者删除底层集合⾥⾯的元素，这对Enumeration来说是不可能的。

11.HashSet和TreeSet有什么区别？
HashSet是由⼀个hash表来实现的，因此，它的元素是⽆序的。

add()，remove()，contains()⽅法的时间复杂度是O(1)。

TreeSet是由⼀个树形的结构来实现的，它⾥⾯的元素是有序的。

因此，add()，remove()，contains()⽅法的时间复杂度是O(logn)。

12.你知道哪些线程安全的集合实现类？
Vector:
Vector和ArrayList类似，是长度可变的数组，与ArrayList不同的是，Vector是线程安全的，它给⼏乎所有的public⽅法都加上了synchronized 关键字。

由于加锁导致性能降低，在不需要并发访问同⼀对象时，这种强制性的同步机制就显得多余，所以现在Vector已被弃⽤HashTable:
HashTable和HashMap类似，不同点是HashTable是线程安全的，它给⼏乎所有public⽅法都加上了synchronized关键字，还有⼀个不同点是HashTable的K，V都不能是null，但HashMap可以，它现在也因为性能原因被弃⽤了
java.util.concurrent包中的集合:
ConcurrentHashMap:
ConcurrentHashMap和HashTable都是线程安全的集合，它们的不同主要是加锁粒度上的不同。

HashTable的加锁⽅法是给每个⽅法加上synchronized关键字，这样锁住的是整个Table对象。

⽽ConcurrentHashMap是更细粒度的加锁在JDK1.8之前，ConcurrentHashMap加的是分段锁，也就是Segment锁，每个Segment含有整个table的⼀部分，这样不同分段之间的并发操作就互不影响 JDK1.8对此做了进⼀步的改进，它取消了Segment字段，直接在table元素上加锁，实现对每⼀⾏进⾏加锁，进⼀步减⼩了并发冲突的概率CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet:
它们是加了写锁的ArrayList和ArraySet，锁住的是整个对象，但读操作可以并发执⾏
除此之外还有ConcurrentSkipListMap、ConcurrentSkipListSet、ConcurrentLinkedQueue、ConcurrentLinkedDeque等，⾄于为什么没有ConcurrentArrayList，原因是⽆法设计⼀个通⽤的⽽且可以规避ArrayList的并发瓶颈的线程安全的集合类，只能锁住整个list，这⽤Collections⾥的包装类就能办到
13.ConcurrentHashMap和HashTable的区别？
ConcurrentHashMap和HashTable都是线程安全的集合，它们的不同主要是加锁粒度上的不同。

HashTable的加锁⽅法是给每个⽅法加上synchronized关键字，这样锁住的是整个Table对象。

⽽ConcurrentHashMap是更细粒度的加锁在JDK1.8之前，ConcurrentHashMap加的是分段锁，也就是Segment锁，每个Segment含有整个table的⼀部分，这样不同分段之间的并发操作就互不影响 JDK1.8对此做了进⼀步的改进，它取消了Segment字段，直接在table元素上加锁，实现对每⼀⾏进⾏加锁，进⼀步减⼩了并发冲突的概率
14.LinkedHashMap的使⽤场景？实现原理？
LinkedHashMap内部维护了⼀个单链表，有头尾节点，同时LinkedHashMap节点Entry内部除了继承HashMap的Node属性，还有before 和after⽤于标识前置节点和后置节点。

可以实现按插⼊的顺序或访问顺序排序。

15.TreeMap怎么实现有序的？
TreeMap是按照Key的⾃然顺序或者Comprator的顺序进⾏排序，内部是通过红⿊树来实现。

所以要么key所属的类实现Comparable接⼝，或者⾃定义⼀个实现了Comparator接⼝的⽐较器，传给TreeMap⽤于key的⽐较。

16.JDK1.8对于HashMap的优化？为什么？
数组+链表改成了数组+链表或红⿊树；
链表的插⼊⽅式从头插法改成了尾插法，简单说就是插⼊时，如果数组位置上已经有元素，1.7将新元素放到数组中，原始节点作为新节点的后继节点，1.8遍历链表，将元素放置到链表的最后；
扩容的时候1.7需要对原数组中的元素进⾏重新hash定位在新数组的位置，1.8采⽤更简单的判断逻辑，位置不变或索引+旧容量⼤⼩；
在插⼊时，1.7先判断是否需要扩容，再插⼊，1.8先进⾏插⼊，插⼊完成再判断是否需要扩容；。