Java集合常见面试题

1、Java集合概述

Java集合，也叫作容器。由两大接口派生而来：Collection接口，用于存放单一元素；Map接口，主要用于存放键值对。对于Collection接口，下面又有三个主要的子接口：List、Set、Queue

在这里插入图片描述

2、说说List，Set，Queue，Map的区别：

List：存储的元素是有序的，可重复的。
Set：存储的元素是无序的，不可重复的。
Queue：按特定的排队规则来确定先后顺序

3、如何选用集合？

根据集合的特点来选择合适的集合：

我们需要根据键值获取到元素值时就选用Map接口下的集合，需要排序时选择TreeMap，不需要排序时就选择HashMap，需要保证线程安全就选用ConcurrentHashMap
我们只需要存放元素值时，就选择实现Collection接口的集合，需要保证元素唯一时选择实现Set接口的集合比如TreeSet或HashSet，不需要就选择实现List的接口比如ArrayList或LinkedList，然后再根据实现这些接口的集合的特点来选用

4、为什么要使用集合？

当我们需要存储一组类型相同的数据时，数组是最常用且最基本的容器之一，但是，使用数组存储对象存在一些不足，因为在实际开发中，存储的数据类型多种多样且数量不确定时，这时，Java集合就派上用场了。与数组相比，Java集合提供了更灵活、更有效的方法来存储多个数据对象。Java集合框架中的各种集合类和接口可以存储不同类型和数量的对象，同时还具有多样化的操作方式。相较于数组，Java集合的优势在于它们的大小可变、支持泛型、具有内建算法等。总的来说，Java集合提高了数据的存储和处理灵活性，可以更好地适应现代软件开发中多样化的数据需求，并支持高质量的代码编写。

5、List

ArrayList和Array（数组）的区别？

ArrayList内部基于动态数组实现，比Array（静态数组）使用起来更加灵活：
- ArrayList会根据实际存储的元素动态地扩容和缩容，而Array被创建之后就不能改变它的长度
- ArrayList允许使用泛型来确保类型安全，Array不可以
- ArrayList中只能存储对象。对于基本类型数据，需要使用其对应的包装类（如Integer等）。Array可以直接存储基本类型数据，也可以存储对象。
- ArrayList 支持插入、删除、遍历等常见操作，并且提供了丰富的API操作方法；Array只是一个固定长度的数组，只能按照下标访问其中的元素，不具备动态添加、删除元素的能力。
- ArrayList创建时不需要指定大小，而Array创建时必须指定大小

ArrayList可以添加null值吗

ArrayList中可以存储任何类型的对象，包括null值。不过，不建议向ArrayList中添加null值，null值无意义，会让代码难以维护比如忘记做判空处理就会导致空指针异常。

ArrayList与LinkedList区别？

是否保证线程安全：ArrayList和LinkedList都是不同步的，也就是不保证线程安全
底层数据结构：ArrayList底层使用的是Object数组；LinkedList底层使用的是双向链表数据结构。
插入和删除是否受元素位置的影响
- ArrayList采用数组存储，插入和删除元素的时间复杂度受元素位置影响。
- LinkedList采用链表存储，所以在头尾插入或者删除元素不受元素位置的影响。
是否支持快速随机访问：LinkedList不支持高效的随机元素访问，而ArrayList（因为实现了RandomAccess接口）支持。快速随机访问就是通过元素的序号快速获取元素对象。
内存空间占用：ArrayList的空间浪费主要体现在list列表的结尾会预留一定的容量空间，而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗比ArrayList更多的空间（因为要存放直接后继和直接前驱以及数据）

我们在项目中一般是不会使用到LinkedList的，需要用到LinkedList的场景几乎都可以使用ArrayList来代替，并且，性能通常会更好！

6、Set

无序性和不可重复性的含义是什么

无序性不等于随机性。无序性是指存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加，而是根据数据的哈希值决定
不可重复性是指添加的元素按照equals（）判断时，返回false，需要同时重写equals（）方法和hashCode（）方法

比较HashSet、LinkedHashSet和TreeSet三者的异同

三者都是Set接口的实现类，都能保证元素唯一，并且都不是线程安全的
底层数据结构不同。HashSet的底层数据结构是哈希表（基于HashMap实现）。LinkedHashSet的底层数据结构是链表和哈希表，元素的插入和取出顺序满足FIFO。TreeSet底层数据结构是红黑树，元素是有序的，排序的方式有自然排序和定制排序。‘
底层不同导致这三者的应用场景不同。HashSet用于不需要保证元素插入和取出顺序的场景，LinkedHashSet用于保证元素的插入和取出顺序满足FIFO的场景，TreeSet用于支持对元素自定义排序规则的场景。

7、Queue

Queue与Deque的区别

Queue是单端队列，只能从一端插入元素，另一端删除元素，实现上一般遵循FIFO原则
Deque是双端队列，在队列的两端均可以插入或删除元素。
Deque还提供有push（）和pop（）等其他方法，可用于模拟栈

ArrayDeque与LinkedList的区别

二者都实现了Deque接口，两者都具有队列的功能，区别如下：

ArrayDeque是基于可变长的数组和双指针来实现，而LinkedList则通过链表来实现
ArrayDeque不支持存储NULL数据，而LinkedList支持
ArrayDeque是在jdk1.6才被引入，而LinkedList早在jdk1.2时就已经存在
ArrayDeque插入时可能存在扩容过程，不过均摊后的插入操作依然为0（1）。虽然LinkedList不需要扩容，但是每次插入数据时均需要申请新的堆空间，均摊性能相比更慢。

从性能的角度上，选用ArrayDeque来实现队列要比LinkedList更好。此外，ArrayDeque也可以用于实现栈

说一说PriorityQueue

PriorityQueue是在JDK1.5中被引入，其与Queue的区别在于元素出队顺序是与优先级相关的，即总是优先级最高的元素先出队

什么是BlockingQueue

BlockingQueue（阻塞队列）是一个接口，继承自Queue。BlockingQueue阻塞的原因是其支持当队列没有元素时一直阻塞，直到有元素；还支持如果队列已满，一直等到队列可以放入新元素时再放入。

8、Map

HashMap和Hashtable的区别

线程是否安全：HashMap是非线程安全的，Hashtable是线程安全的，因为Hashtable内部的方法基本都经过synchronized修饰。
效率：因为线程安全的问题，HashMap要比Hashtable效率高一点。另外，Hashtable基本被淘汰，不要在代码中使用它
HashMap可以存储null的key和value，但null作为键只能有一个，null作为值可以有多个；Hashtable不允许有null键和null值，否则会抛出空指针异常
底层数据结构：JDK1.8以后的HashMap在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（默认为8）时，将链表转化为红黑树（将链表转换成红黑树前会判断，如果当前数组的长度小于64，那么会选择先进行数组扩容，而不是转换为红黑树），以减少搜索时间。Hashtable没有这样的机制

HashMap和TreeMap区别

TreeMap和HashMap都继承自AbstractMap，但是，TreeMap还实现了NavigableMap接口和SortedMap接口。实现NavigableMap接口让TreeMap有了对集合内元素的搜索的能力；实现SortedMap接口TreeMap有了对集合中的元素根据键排序的能力。默认是按Key的升序排序，不过我们也可以指定排序的比较器。

HashMap的底层实现

Jdk1.8之前，HashMap底层是数组和链表结合在一起使用也就是链表散列。HashMap通过key的hashcode经过扰动函数处理过后得到hash值，然后通过（n-1）&hash 判断当前元素存放的位置（这里的n指的是数组的长度），如果当前位置存在元素的话，就判断该元素与要存入的元素的hash值以及key是否相同，如果相同的话，直接覆盖，不相同就通过拉链法解决冲突。
jdk1.8之后，相比于之前的版本，JDK1.8之后在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（默认为8）时，将链表转化为红黑树（将链表转换成红黑树前会判断，如果当前数组的长度小于64，那么会选择先进行数组扩容，而不是转换为红黑树），以减少搜索时间。

HashMap多线程操作导致死循环问题

JDK1.7及之前的HashMap在多线程环境下扩容操作可能存在死循环问题，这是由于当一个桶位中有多个元素需要进行扩容时，多个线程同时对链表进行操作，头插法可能会导致链表中的节点指向错误的位置，从而形成一个环形链表，进而使得查询元素的操作陷入死循环无法结束。为了解决这个问题，JDK1.8 版本的 HashMap 采用了尾插法而不是头插法来避免链表倒置，使得插入的节点永远都是放在链表的末尾，避免了链表中的环形结构。但是还是不建议在多线程下使用HashMap，因为多线程下使用HashMap还是会存在数据覆盖的问题。并发环境下，推荐使用ConcurrentHashMap

HashMap为什么线程不安全？

JDK1.7及之前版本，在多线程环境下，HashMap扩容时会造成死循环和数据丢失的问题。JDK1.8之后，在HashMap中，多个键值对可能会被分配到同一个桶（bucket），并以链表或红黑树的形式存储。多个线程对HashMap的Put操作会导致线程不安全，具体来说会有数据覆盖的风险。

HashMap常见的遍历方式

存在阻塞时parallelStream性能最高，非阻塞时parallelStream性能最低

HashMap 遍历从大的方向来说，可分为以下 4 类：

迭代器（Iterator）方式遍历；
For Each 方式遍历；
Lambda 表达式遍历（JDK 1.8+）;
Streams API 遍历（JDK 1.8+）。

但每种类型下又有不同的实现方式，因此具体的遍历方式又可以分为以下 7 种：

使用迭代器（Iterator）EntrySet 的方式进行遍历；
使用迭代器（Iterator）KeySet 的方式进行遍历；
使用 For Each EntrySet 的方式进行遍历；
使用 For Each KeySet 的方式进行遍历；
使用 Lambda 表达式的方式进行遍历；
使用 Streams API 单线程的方式进行遍历；
使用 Streams API 多线程的方式进行遍历。

ConcurrentHashMap线程安全的具体实现方式/底层具体实现

Java8中，ConcurrentHashMap取消了Segment分段锁，采用Node+CAS+synchronized来保证并发安全。数据结构跟HashMap1.8的结构类似，数组+链表/红黑二叉树。Java 8 在链表长度超过一定阈值（8）时将链表（寻址时间复杂度为 O(N)）转换为红黑树（寻址时间复杂度为 O(log(N))）。

Java8中，锁粒度更细，synchronized只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点，这样只要hash不冲突，就不会产生并发，就不会影响其他Node的读写，效率大幅提升。

9、Java集合使用注意事项总结

集合判空

判断所有集合内部的元素是否为空，使用isEmpty（）方法，而不是size（）==0的方式

因为isEmpty（）方法的可读性更好，并且时间复杂度为O（1）

集合转Map

在使用 java.util.stream.Collectors 类的 toMap() 方法转为 Map 集合时，一定要注意当 value 为 null 时会抛 NPE 异常。

集合遍历

不要在 foreach 循环里进行元素的 remove/add 操作。remove 元素请使用 Iterator 方式，如果并发操作，需要对 Iterator 对象加锁。

集合去重

可以利用 Set 元素唯一的特性，可以快速对一个集合进行去重操作，避免使用 List 的 contains() 进行遍历去重或者判断包含操作。

集合转数组