Java面试题总结 - Java集合篇（附答案）

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

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？

HashMap是线程不安全的，HashTable是线程安全的；
HashMap中允许键和值为null，HashTable不允许；
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

初始化大小，默认16，2倍扩容；
负载因子0.75；
初始化的默认数组；
size
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();

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]);
}

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

Vector：就比Arraylist多了个同步化机制（线程安全）。
Stack：栈，也是线程安全的，继承于Vector。
Hashtable：就比Hashmap多了个线程安全。
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：

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
next() 方法获得集合中的下一个元素
hasNext() 检查集合中是否还有元素
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 Java 8 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：

加入多个分段锁浪费内存空间。
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。
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。

如果两个对象的hashcode相同，他们并不一定相同。
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：

CountDownLatch:同步计数器
CyclicBarrier: 线程屏障的功能
Exchanger：用来使两个线程交换数据。
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。
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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