40个Java集合面试问题和答案

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?

Java1.5引入了泛型,所有的集合接口和实现都大量地使用它。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。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。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。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。

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。

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。

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。

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.遍历一个List有哪些不同的方式?

List<String> strList = new ArrayList<>();
//使用for-each循环
for(String obj : strList){
  System.out.println(obj);
}
//using iterator
Iterator<String> it = strList.iterator();
while(it.hasNext()){
  String obj = it.next();
  System.out.println(obj);
}

使用迭代器更加线程安全,因为它可以确保,在当前遍历的集合元素被更改的时候,它会抛出ConcurrentModificationException。

12.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)。

13.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。Fail-fast迭代器抛出ConcurrentModificationException,而fail-safe迭代器从不抛出ConcurrentModificationException。

14.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。

15.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。

16.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。

17.在Java中,HashMap是如何工作的?

HashMap在Map.Entry静态内部类实现中存储key-value对。HashMap使用哈希算法,在put和get方法中,它使用hashCode()和equals()方法。当我们通过传递key-value对调用put方法的时候,HashMap使用Key hashCode()和哈希算法来找出存储key-value对的索引。Entry存储在LinkedList中,所以如果存在entry,它使用equals()方法来检查传递的key是否已经存在,如果存在,它会覆盖value,如果不存在,它会创建一个新的entry然后保存。当我们通过传递key调用get方法时,它再次使用hashCode()来找到数组中的索引,然后使用equals()方法找出正确的Entry,然后返回它的值。下面的图片解释了详细内容。

其它关于HashMap比较重要的问题是容量、负荷系数和阀值调整。HashMap默认的初始容量是32,负荷系数是0.75。阀值是为负荷系数乘以容量,无论何时我们尝试添加一个entry,如果map的大小比阀值大的时候,HashMap会对map的内容进行重新哈希,且使用更大的容量。容量总是2的幂,所以如果你知道你需要存储大量的key-value对,比如缓存从数据库里面拉取的数据,使用正确的容量和负荷系数对HashMap进行初始化是个不错的做法。

18.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。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。

19.我们能否使用任何类作为Map的key?

我们可以使用任何类作为Map的key,然而在使用它们之前,需要考虑以下几点:

(1)如果类重写了equals()方法,它也应该重写hashCode()方法。

(2)类的所有实例需要遵循与equals()和hashCode()相关的规则。请参考之前提到的这些规则。

(3)如果一个类没有使用equals(),你不应该在hashCode()中使用它。

(4)用户自定义key类的最佳实践是使之为不可变的,这样,hashCode()值可以被缓存起来,拥有更好的性能。不可变的类也可以确保hashCode()和equals()在未来不会改变,这样就会解决与可变相关的问题了。

比如,我有一个类MyKey,在HashMap中使用它。

//传递给MyKey的name参数被用于equals()和hashCode()中
MyKey key = new MyKey('Pankaj'); //assume hashCode=1234
myHashMap.put(key, 'Value');
// 以下的代码会改变key的hashCode()和equals()值
key.setName('Amit'); //assume new hashCode=7890
//下面会返回null,因为HashMap会尝试查找存储同样索引的key,而key已被改变了,匹配失败,返回null
myHashMap.get(new MyKey('Pankaj'));

那就是为何String和Integer被作为HashMap的key大量使用。

20.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。

21.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。

22.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。

23.ArrayList和Vector有何异同点?

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。

24.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。

25.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。

26.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。

27.EnumSet是什么?

java.util.EnumSet是使用枚举类型的集合实现。当集合创建时,枚举集合中的所有元素必须来自单个指定的枚举类型,可以是显示的或隐示的。EnumSet是不同步的,不允许值为null的元素。它也提供了一些有用的方法,比如copyOf(Collection c)、of(E first,E…rest)和complementOf(EnumSet s)。

28.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。

29.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。

30.BlockingQueue是什么?

Java.util.concurrent.BlockingQueue是一个队列,在进行检索或移除一个元素的时候,它会等待队列变为非空;当在添加一个元素时,它会等待队列中的可用空间。BlockingQueue接口是Java集合框架的一部分,主要用于实现生产者-消费者模式。我们不需要担心等待生产者有可用的空间,或消费者有可用的对象,因为它都在BlockingQueue的实现类中被处理了。Java提供了集中BlockingQueue的实现,比如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue,、SynchronousQueue等。

31.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。

32.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。

33.Comparable和Comparator接口是什么?

如果我们想使用Array或Collection的排序方法时,需要在自定义类里实现Java提供Comparable接口。Comparable接口有compareTo(T OBJ)方法,它被排序方法所使用。我们应该重写这个方法,如果“this”对象比传递的对象参数更小、相等或更大时,它返回一个负整数、0或正整数。但是,在大多数实际情况下,我们想根据不同参数进行排序。比如,作为一个CEO,我想对雇员基于薪资进行排序,一个HR想基于年龄对他们进行排序。这就是我们需要使用Comparator接口的情景,因为Comparable.compareTo(Object o)方法实现只能基于一个字段进行排序,我们不能根据对象排序的需要选择字段。Comparator接口的compare(Object o1, Object o2)方法的实现需要传递两个对象参数,若第一个参数比第二个小,返回负整数;若第一个等于第二个,返回0;若第一个比第二个大,返回正整数。

34.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。

35.我们如何对一组对象进行排序?

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。

36.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。

37.我们如何从给定集合那里创建一个synchronized的集合?

我们可以使用Collections.synchronizedCollection(Collection c)根据指定集合来获取一个synchronized(线程安全的)集合。

38.集合框架里实现的通用算法有哪些?

Java集合框架提供常用的算法实现,比如排序和搜索。Collections类包含这些方法实现。大部分算法是操作List的,但一部分对所有类型的集合都是可用的。部分算法有排序、搜索、混编、最大最小值。

39.大写的O是什么?举几个例子?

大写的O描述的是,就数据结构中的一系列元素而言,一个算法的性能。Collection类就是实际的数据结构,我们通常基于时间、内存和性能,使用大写的O来选择集合实现。比如:例子1:ArrayList的get(index i)是一个常量时间操作,它不依赖list中元素的数量。所以它的性能是O(1)。例子2:一个对于数组或列表的线性搜索的性能是O(n),因为我们需要遍历所有的元素来查找需要的元素。

40.与Java集合框架相关的有哪些最好的实践?

(1)根据需要选择正确的集合类型。比如,如果指定了大小,我们会选用Array而非ArrayList。如果我们想根据插入顺序遍历一个Map,我们需要使用TreeMap。如果我们不想重复,我们应该使用Set。

(2)一些集合类允许指定初始容量,所以如果我们能够估计到存储元素的数量,我们可以使用它,就避免了重新哈希或大小调整。

(3)基于接口编程,而非基于实现编程,它允许我们后来轻易地改变实现。

(4)总是使用类型安全的泛型,避免在运行时出现ClassCastException。

(5)使用JDK提供的不可变类作为Map的key,可以避免自己实现hashCode()和equals()。

(6)尽可能使用Collections工具类,或者获取只读、同步或空的集合,而非编写自己的实现。它将会提供代码重用性,它有着更好的稳定性和可维护性。



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