Java面试题总结 - Java集合篇（附答案）

目录

一、Java?容器都有哪些？

二、Collection 和 Collections 有什么区别？

三、list与Set区别

四、HashMap 和 Hashtable 有什么区别？

五、说一下 HashMap 的实现原理？

六、set有哪些实现类？

七、说一下 HashSet 的实现原理？

八、ArrayList 和 LinkedList 的区别是什么？

九、如何实现数组和 List 之间的转换？

十、在 Queue 中 poll()和 remove()有什么区别？

十一、哪些集合类是线程安全的

十二、迭代器 Iterator 是什么？

十三、Iterator 怎么使用？有什么特点？

十四、Iterator 和 ListIterator 有什么区别？

十五、怎么确保一个集合不能被修改？

十六、队列和栈是什么？有什么区别？

十七、Java8开始ConcurrentHashMap,为什么舍弃分段锁？

十八、ConcurrentHashMap(JDK1.8)为什么要使用synchronized而不是如ReentranLock这样的可重入锁？

十九、concurrentHashMap和HashTable有什么区别

二十、HasmMap和HashSet的区别

二十一、除了 ReetrantLock，你还接触过 JUC 中的哪些并发工具？

二十二、请谈谈 ReadWriteLock 和 StampedLock

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一、Java容器都有哪些？

1、Collection

（1）set

HashSet、TreeSet

（2）list

ArrayList、LinkedList、Vector

2、Map

HashMap、HashTable、TreeMap

二、Collection 和 Collections 有什么区别？

1、Collection是最基本的集合接口，Collection派生了两个子接口list和set，分别定义了两种不同的存储方式。

2、Collections是一个包装类，它包含各种有关集合操作的静态方法（对集合的搜索、排序、线程安全化等）。

此类不能实例化，就像一个工具类，服务于Collection框架。

三、list与Set区别

1、List简介

实际上有两种List：一种是基本的ArrayList,其优点在于随机访问元素，另一种是LinkedList,它并不是为快速随机访问设计的，而是快速的插入或删除。
ArrayList：由数组实现的List。允许对元素进行快速随机访问，但是向List中间插入与移除元素的速度很慢。
LinkedList ：对顺序访问进行了优化，向List中间插入与删除的开销并不大。随机访问则相对较慢。
还具有下列方 法：addFirst(), addLast(), getFirst(), getLast(), removeFirst() 和 removeLast(), 这些方法 (没有在任何接口或基类中定义过)使得LinkedList可以当作堆栈、队列和双向队列使用。

2、Set简介

Set具有与Collection完全一样的接口，因此没有任何额外的功能。实际上Set就是Collection,只是行为不同。这是继承与多态思想的典型应用：表现不同的行为。Set不保存重复的元素(至于如何判断元素相同则较为负责)

Set : 存入Set的每个元素都必须是唯一的，因为Set不保存重复元素。加入Set的元素必须定义equals()方法以确保对象的唯一性。Set与Collection有完全一样的接口。Set接口不保证维护元素的次序。
HashSet：为快速查找设计的Set。存入HashSet的对象必须定义hashCode()。
TreeSet： 保存次序的Set, 底层为树结构。使用它可以从Set中提取有序的序列。

3、list与Set区别

（1）List,Set都是继承自Collection接口

（2）List特点：元素有放入顺序，元素可重复 ，Set特点：元素无放入顺序，元素不可重复，重复元素会覆盖掉，（元素虽然无放入顺序，但是元素在set中的位置是有该元素的HashCode决定的，其位置其实是固定的，加入Set 的Object必须定义equals()方法 ，另外list支持for循环，也就是通过下标来遍历，也可以用迭代器，但是set只能用迭代，因为他无序，无法用下标来取得想要的值。）

（3）Set和List对比：

• Set：检索元素效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变。
• List：和数组类似，List可以动态增长，查找元素效率高，插入删除元素效率低，因为会引起其他元素位置改变。

四、HashMap 和 Hashtable 有什么区别？

1. HashMap是线程不安全的，HashTable是线程安全的；
2. HashMap中允许键和值为null，HashTable不允许；
3. HashMap的默认容器是16，为2倍扩容，HashTable默认是11，为2倍+1扩容；

五、说一下 HashMap 的实现原理？

1、简介

HashMap基于map接口，元素以键值对方式存储，允许有null值，HashMap是线程不安全的。

2、基本属性

1. 初始化大小，默认16，2倍扩容；
2. 负载因子0.75；
3. 初始化的默认数组；
4. size
5. threshold。判断是否需要调整hashmap容量

3、HashMap的存储结构

JDK1.7中采用数组+链表的存储形式。

HashMap采取Entry数组来存储key-value，每一个键值对组成了一个Entry实体，Entry类时机上是一个单向的链表结构，它具有next指针，指向下一个Entry实体，以此来解决Hash冲突的问题。

HashMap实现一个内部类Entry，重要的属性有hash、key、value、next。

JDK1.8中采用数据+链表+红黑树的存储形式。当链表长度超过阈值（8）时，将链表转换为红黑树。在性能上进一步得到提升。

六、set有哪些实现类？

1、HashSet

HashSet是set接口的实现类，set下面最主要的实现类就是HashSet（也就是用的最多的），此外还有LinkedHashSet和TreeSet。
HashSet是无序的、不可重复的。通过对象的hashCode和equals方法保证对象的唯一性。
HashSet内部的存储结构是哈希表，是线程不安全的。

2、TreeSet

TreeSet对元素进行排序的方式：

元素自身具备比较功能，需要实现Comparable接口，并覆盖compareTo方法。
元素自身不具备比较功能，需要实现Comparator接口，并覆盖compare方法。

3、LinkedHashSet

LinkedHashSet是一种有序的Set集合，即其元素的存入和输出的顺序是相同的。

七、说一下 HashSet 的实现原理？

HashSet实际上是一个HashMap实例，数据存储结构都是数组+链表。

HashSet是基于HashMap实现的，HashSet中的元素都存放在HashMap的key上面，而value都是一个统一的对象PRESENT。

private static final Object PRESENT = new Object();
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HashSet中add方法调用的是底层HashMap中的put方法，put方法要判断插入值是否存在，而HashSet的add方法，首先判断元素是否存在，如果存在则插入，如果不存在则不插入，这样就保证了HashSet中不存在重复值。

通过对象的hashCode和equals方法保证对象的唯一性。

八、ArrayList 和 LinkedList 的区别是什么？

ArrayList是动态数组的数据结构实现，查找和遍历的效率较高；

LinkedList 是双向链表的数据结构，增加和删除的效率较高；

九、如何实现数组和 List 之间的转换？

String[] arr = {"zs","ls","ww"};
List<String> list = Arrays.asList(arr);
System.out.println(list);
 
ArrayList<String> list1 = new ArrayList<String>();
list1.add("张三");
list1.add("李四");
list1.add("王五");
String[] arr1 = list1.toArray(new String[list1.size()]);
System.out.println(arr1);
for(int i = 0; i < arr1.length; i++){
    System.out.println(arr1[i]);
}
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十、在 Queue 中 poll()和 remove()有什么区别？

1、offer()和add()区别：

增加新项时，如果队列满了，add会抛出异常，offer返回false。

2、poll()和remove()区别：

poll()和remove()都是从队列中删除第一个元素，remove抛出异常，poll返回null。

3、peek()和element（）区别：

peek()和element（）用于查询队列头部元素，为空时element抛出异常，peek返回null。

十一、哪些集合类是线程安全的

1. Vector：就比Arraylist多了个同步化机制（线程安全）。
2. Stack：栈，也是线程安全的，继承于Vector。
3. Hashtable：就比Hashmap多了个线程安全。
4. ConcurrentHashMap:是一种高效但是线程安全的集合。

十二、迭代器 Iterator 是什么？

为了方便的处理集合中的元素,Java中出现了一个对象,该对象提供了一些方法专门处理集合中的元素.例如删除和获取集合中的元素.该对象就叫做迭代器(Iterator)。

十三、Iterator 怎么使用？有什么特点？

Iterator 接口源码中的方法：

1. java.lang.Iterable 接口被 java.util.Collection 接口继承，java.util.Collection 接口的 iterator() 方法返回一个 Iterator 对象
2. next() 方法获得集合中的下一个元素
3. hasNext() 检查集合中是否还有元素
4. remove() 方法将迭代器新返回的元素删除

十四、Iterator 和 ListIterator 有什么区别？

1、ListIterator 继承 Iterator

2、ListIterator 比 Iterator多方法

• add(E e) 将指定的元素插入列表，插入位置为迭代器当前位置之前
• set(E e) 迭代器返回的最后一个元素替换参数e
• hasPrevious() 迭代器当前位置，反向遍历集合是否含有元素
• previous() 迭代器当前位置，反向遍历集合，下一个元素
• previousIndex() 迭代器当前位置，反向遍历集合，返回下一个元素的下标
• nextIndex() 迭代器当前位置，返回下一个元素的下标

3、使用范围不同，Iterator可以迭代所有集合；ListIterator 只能用于List及其子类

• ListIterator 有 add 方法，可以向 List 中添加对象；Iterator 不能
• ListIterator 有 hasPrevious() 和 previous() 方法，可以实现逆向遍历；Iterator不可以
• ListIterator 有 nextIndex() 和previousIndex() 方法，可定位当前索引的位置；Iterator不可以
• ListIterator 有 set()方法，可以实现对 List 的修改；Iterator 仅能遍历，不能修改。

十五、怎么确保一个集合不能被修改？

我们很容易想到用final关键字进行修饰，我们都知道

final关键字可以修饰类，方法，成员变量，final修饰的类不能被继承，final修饰的方法不能被重写，final修饰的成员变量必须初始化值，如果这个成员变量是基本数据类型，表示这个变量的值是不可改变的，如果说这个成员变量是引用类型，则表示这个引用的地址值是不能改变的，但是这个引用所指向的对象里面的内容还是可以改变的。

那么，我们怎么确保一个集合不能被修改？首先我们要清楚，集合（map,set,list…）都是引用类型，所以我们如果用final修饰的话，集合里面的内容还是可以修改的。

我们可以做一个实验：

可以看到：我们用final关键字定义了一个map集合，这时候我们往集合里面传值，第一个键值对1,1；我们再修改后，可以把键为1的值改为100，说明我们是可以修改map集合的值的。

那我们应该怎么做才能确保集合不被修改呢？
我们可以采用Collections包下的unmodifiableMap方法，通过这个方法返回的map,是不可以修改的。他会报 java.lang.UnsupportedOperationException错。

同理：Collections包也提供了对list和set集合的方法。
Collections.unmodifiableList(List)
Collections.unmodifiableSet(Set)

十六、队列和栈是什么？有什么区别？

1、队列先进先出，栈先进后出。

2、遍历数据速度不同。

栈只能从头部取数据 也就最先放入的需要遍历整个栈最后才能取出来，而且在遍历数据的时候还得为数据开辟临时空间，保持数据在遍历前的一致性；

队列则不同，他基于地址指针进行遍历，而且可以从头或尾部开始遍历，但不能同时遍历，无需开辟临时空间，因为在遍历的过程中不影像数据结构，速度要快的多。

十七、Java8开始ConcurrentHashMap,为什么舍弃分段锁？

ConcurrentHashMap的原理是引用了内部的 Segment (ReentrantLock ) 分段锁，保证在操作不同段 map 的时候， 可以并发执行， 操作同段 map 的时候，进行锁的竞争和等待。从而达到线程安全， 且效率大于 synchronized。

但是在 Java8 之后， JDK 却弃用了这个策略，重新使用了synchronized+CAS。

弃用原因

通过 JDK 的源码和官方文档看来， 他们认为的弃用分段锁的原因由以下几点：

1. 加入多个分段锁浪费内存空间。
2. 生产环境中， map 在放入时竞争同一个锁的概率非常小，分段锁反而会造成更新等操作的长时间等待。
3. 为了提高 GC 的效率

新的同步方案

既然弃用了分段锁， 那么一定由新的线程安全方案， 我们来看看源码是怎么解决线程安全的呢？（源码保留了segment 代码， 但并没有使用）。

十八、ConcurrentHashMap(JDK1.8)为什么要使用synchronized而不是如ReentranLock这样的可重入锁？

我想从下面几个角度讨论这个问题：

1、锁的粒度

首先锁的粒度并没有变粗，甚至变得更细了。每当扩容一次，ConcurrentHashMap的并发度就扩大一倍。

2、Hash冲突

JDK1.7中，ConcurrentHashMap从过二次hash的方式（Segment -> HashEntry）能够快速的找到查找的元素。在1.8中通过链表加红黑树的形式弥补了put、get时的性能差距。
扩容
JDK1.8中，在ConcurrentHashmap进行扩容时，其他线程可以通过检测数组中的节点决定是否对这条链表（红黑树）进行扩容，减小了扩容的粒度，提高了扩容的效率。

下面是我对面试中的那个问题的一下看法。

为什么是synchronized，而不是ReentranLock

1、减少内存开销

假设使用可重入锁来获得同步支持，那么每个节点都需要通过继承AQS来获得同步支持。但并不是每个节点都需要获得同步支持的，只有链表的头节点（红黑树的根节点）需要同步，这无疑带来了巨大内存浪费。

2、获得JVM的支持

可重入锁毕竟是API这个级别的，后续的性能优化空间很小。
synchronized则是JVM直接支持的，JVM能够在运行时作出相应的优化措施：锁粗化、锁消除、锁自旋等等。这就使得synchronized能够随着JDK版本的升级而不改动代码的前提下获得性能上的提升。

十九、concurrentHashMap和HashTable有什么区别

concurrentHashMap融合了hashmap和hashtable的优势，hashmap是不同步的，但是单线程情况下效率高，hashtable是同步的同步情况下保证程序执行的正确性。

但hashtable每次同步执行的时候都要锁住整个结构，如下图：

concurrentHashMap锁的方式是细粒度的。concurrentHashMap将hash分为16个桶（默认值），诸如get、put、remove等常用操作只锁住当前需要用到的桶。

concurrentHashMap的读取并发，因为读取的大多数时候都没有锁定，所以读取操作几乎是完全的并发操作，只是在求size时才需要锁定整个hash。

而且在迭代时，concurrentHashMap使用了不同于传统集合的快速失败迭代器的另一种迭代方式，弱一致迭代器。在这种方式中，当iterator被创建后集合再发生改变就不会抛出ConcurrentModificationException，取而代之的是在改变时new新的数据而不是影响原来的数据，iterator完成后再讲头指针替代为新的数据，这样iterator时使用的是原来的数据。

二十、HasmMap和HashSet的区别

1、先了解一下HashCode
Java中的集合有两类，一类是List，一类是Set。

List：元素有序，可以重复；

Set：元素无序，不可重复；

要想保证元素的不重复，拿什么来判断呢？这就是Object.equals方法了。如果元素有很多，增加一个元素，就要判断n次吗？

显然不现实，于是，Java采用了哈希表的原理。哈希算法也称为散列算法，是将数据依特定算法直接指定到一根地址上，初学者可以简单的理解为，HashCode方法返回的就是对象存储的物理位置（实际上并不是）。

这样一来，当集合添加新的元素时，先调用这个元素的hashcode()方法，就一下子能定位到他应该放置的物理位置上。如果这个位置上没有元素，他就可以直接存储在这个位置上，不用再进行任何比较了。如果这个位置上有元素，就调用它的equals方法与新元素进行比较，想同的话就不存了，不相同就散列其它的地址。所以这里存在一个冲突解决的问题。这样一来实际上调用equals方法的次数就大大降低了，几乎只需要一两次。

简而言之，在集合查找时，hashcode能大大降低对象比较次数，提高查找效率。

Java对象的equals方法和hashCode方法时这样规定的：

相等的对象就必须具有相等的hashcode。

1. 如果两个对象的hashcode相同，他们并不一定相同。
2. 如果两个对象的hashcode相同，他们并不一定相同。

如果两个Java对象A和B，A和B不相等，但是A和B的哈希码相等，将A和B都存入HashMap时会发生哈希冲突，也就是A和B存放在HashMap内部数组的位置索引相同，这时HashMap会在该位置建立一个链接表，将A和B串起来放在该位置，显然，该情况不违反HashMap的使用规则，是允许的。当然，哈希冲突越少越好，尽量采用好的哈希算法避免哈希冲突。

equals()相等的两个对象，hashcode()一定相等；equals()不相等的两个对象，却并不能证明他们的hashcode()不相等。

2、HashMap和HashSet的区别

二十一、除了 ReetrantLock，你还接触过 JUC 中的哪些并发工具？

juc下常用的五个高并发工具：

1. CountDownLatch:同步计数器
2. CyclicBarrier: 线程屏障的功能
3. Exchanger：用来使两个线程交换数据。
4. Semaphore：控制信号量的个数，构造时传入个数。总数就是控制并发的数量。
5. Future：接口，FutureTask是它的实现类，配合线程池来一起工作，将任务交给线程池去处理。

二十二、请谈谈 ReadWriteLock 和 StampedLock

1、ReadWriteLock

ReadWriteLock 可以实现多个读锁同时进行，但是读与写和写于写互斥，只能有一个写锁线程在进行。

2、StampedLock

StampedLock是Jdk在1.8提供的一种读写锁，相比较ReentrantReadWriteLock性能更好，因为ReentrantReadWriteLock在读写之间是互斥的，使用的是一种悲观策略，在读线程特别多的情况下，会造成写线程处于饥饿状态，虽然可以在初始化的时候设置为true指定为公平，但是吞吐量又下去了，而StampedLock是提供了一种乐观策略，更好的实现读写分离，并且吞吐量不会下降。

StampedLock包括三种锁：

（1）写锁writeLock：

writeLock是一个独占锁写锁，当一个线程获得该锁后，其他请求读锁或者写锁的线程阻塞， 获取成功后，会返回一个stamp（凭据）变量来表示该锁的版本，在释放锁时调用unlockWrite方法传递stamp参数。提供了非阻塞式获取锁tryWriteLock。

（2）悲观读锁readLock：

readLock是一个共享读锁，在没有线程获取写锁情况下，多个线程可以获取该锁。如果有写锁获取，那么其他线程请求读锁会被阻塞。悲观读锁会认为其他线程可能要对自己操作的数据进行修改，所以需要先对数据进行加锁，这是在读少写多的情况下考虑的。请求该锁成功后会返回一个stamp值，在释放锁时调用unlockRead方法传递stamp参数。提供了非阻塞式获取锁方法tryWriteLock。

（3）乐观读锁tryOptimisticRead：

tryOptimisticRead相对比悲观读锁，在操作数据前并没有通过CAS设置锁的状态，如果没有线程获取写锁，则返回一个非0的stamp变量，获取该stamp后在操作数据前还需要调用validate方法来判断期间是否有线程获取了写锁，如果是返回值为0则有线程获取写锁，如果不是0则可以使用stamp变量的锁来操作数据。由于tryOptimisticRead并没有修改锁状态，所以不需要释放锁。这是读多写少的情况下考虑的，不涉及CAS操作，所以效率较高，在保证数据一致性上需要复制一份要操作的变量到方法栈中，并且在操作数据时可能其他写线程已经修改了数据，而我们操作的是方法栈里面的数据，也就是一个快照，所以最多返回的不是最新的数据，但是一致性得到了保证。

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