BAT面試必備——Java 集合類

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1. Iterator接口

Iterator接口，這是一個用於遍歷集合中元素的接口，主要包含hashNext(),next(),remove()三種方法。它的一個子接口LinkedIterator在它的基礎上又添加了三種方法，分別是add(),previous(),hasPrevious()。也就是說若是是先Iterator接口，那麼在遍歷集合中元素的時候，只能日後遍歷，被遍歷後的元素不會在遍歷到，一般無序集合實現的都是這個接口，好比HashSet，HashMap；而那些元素有序的集合，實現的通常都是LinkedIterator接口，實現這個接口的集合能夠雙向遍歷，既能夠經過next()訪問下一個元素，又能夠經過previous()訪問前一個元素，好比ArrayList。

2. List

List是元素有序而且能夠重複的集合。 List的主要實現：ArrayList, LinkedList, Vector。

2. ArrayList、LinkedList、Vector 的區別

	ArrayList	LinkedList	Vector
底層實現	數組	雙向循環鏈表	數組
同步性及效率	不一樣步，非線程安全，效率高	不一樣步，非線程安全，效率高	同步，線程安全，效率低
特色	查詢快,增刪慢	查詢慢,增刪快	查詢快,增刪慢
默認容量	10	/	10
擴容機制	int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); //1.5 倍	/	2 倍

總結：

• ArrayList 和 Vector 基於數組實現，對於隨機訪問get和set，ArrayList優於LinkedList，由於LinkedList要移動指針。

• LinkedList 不會出現擴容的問題，因此比較適合隨機位置增、刪。可是其基於鏈表實現，因此在定位時須要線性掃描，效率比較低。
• 當操做是在一列數據的後面添加數據而不是在前面或中間,而且須要隨機地訪問其中的元素時,使用ArrayList會提供比較好的性能；
• 當你的操做是在一列數據的前面或中間添加或刪除數據,而且按照順序訪問其中的元素時,就應該使用LinkedList了。

3. Set

Set集合中的對象不按特定的方式排序(存入和取出的順序不必定一致)，而且沒有重複對象。 Set的主要實現類：HashSet, TreeSet。

	HashSet	TreeSet	LinkedHashSet
底層實現	HashMap	紅黑樹	LinkedHashMap
重複性	不容許重複	不容許重複	不容許重複
有/無序	無序	有序，支持兩種排序方式，天然排序和定製排序，其中天然排序爲默認的排序方式。	有序，以元素插入的順序來維護集合的連接表
時間複雜度	add()，remove()，contains()方法的時間複雜度是O(1)	add()，remove()，contains()方法的時間複雜度是O(logn)	LinkedHashSet在迭代訪問Set中的所有元素時，性能比HashSet好，可是插入時性能稍微遜色於HashSet，時間複雜度是 O(1)。
同步性	不一樣步，線程不安全	不一樣步，線程不安全	不一樣步，線程不安全
null值	容許null值	不支持null值，會拋出 java.lang.NullPointerException 異常。由於TreeSet應用 compareTo() 方法於各個元素來比較他們，當比較null值時會拋出 NullPointerException異常。	容許null值
比較	equals()	compareTo()	equals()

HashSet如何檢查重複

當你把對象加入HashSet時，HashSet會先計算對象的hashcode值來判斷對象加入的位置，同時也會與其餘加入的對象的hashcode值做比較，若是沒有相符的hashcode，HashSet會假設對象沒有重複出現。可是若是發現有相同hashcode值的對象，這時會調用equals（）方法來檢查hashcode相等的對象是否真的相同。若是二者相同，HashSet就不會讓加入操做成功。 hashCode（）與equals（）的相關規定：

• 若是兩個對象相等，則hashcode必定也是相同的
• 兩個對象相等,對兩個equals方法返回true
• 兩個對象有相同的hashcode值，它們也不必定是相等的
• 綜上，equals方法被覆蓋過，則hashCode方法也必須被覆蓋 hashCode()的默認行爲是對堆上的對象產生獨特值。若是沒有重寫hashCode()，則該class的兩個對象不管如何都不會相等（即便這兩個對象指向相同的數據）。

總結： HashSet是一個通用功能的Set，而LinkedHashSet 提供元素插入順序保證，TreeSet是一個SortedSet實現，由Comparator 或者 Comparable指定的元素順序存儲元素。

4. Map

Map 是一種把鍵對象和值對象映射的集合，它的每個元素都包含一對鍵對象和值對象。 Map沒有繼承於Collection接口從Map集合中檢索元素時，只要給出鍵對象，就會返回對應的值對象。 Map 的經常使用實現類：HashMap、TreeMap、HashTable、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap

	HashMap	HashTable
底層實現	數組+鏈表	數組+鏈表
同步性	線程不一樣步	同步
null值	容許 key 和 Vale 是 null，可是隻容許一個 key 爲 null,且這個元素存放在哈希表 0 角標位置	不容許key、value 是 null
hash	使用hash(Object key)擾動函數對 key 的 hashCode 進行擾動後做爲 hash 值	直接使用 key 的 hashCode() 返回值做爲 hash 值
容量	容量爲 2^4 且容量必定是 2^n	默認容量是11,不必定是 2^n
擴容	兩倍，且哈希桶的下標使用 &運算代替了取模	2倍+1，取哈希桶下標是直接用模運算

幾個問題：

1. HashMap 的工做原理？ 經過hash的方法，經過put和get存儲和獲取對象。存儲對象時，咱們將K/V傳給put方法時，它調用hashCode計算hash從而獲得bucket位置，進一步存儲，HashMap會根據當前bucket的佔用狀況自動調整容量(超過Load Facotr則resize爲原來的2倍)。獲取對象時，咱們將K傳給get，它調用hashCode計算hash從而獲得bucket位置，並進一步調用equals()方法肯定鍵值對。若是發生碰撞的時候，Hashmap經過鏈表將產生碰撞衝突的元素組織起來，在Java 8中，若是一個bucket中碰撞衝突的元素超過某個限制(默認是8)，則使用紅黑樹來替換鏈表，從而提升效率。 2.get和put的原理嗎？equals()和hashCode()的都有什麼做用？ 經過對key的hashCode()進行hashing，並計算下標( n-1 & hash)，從而得到buckets的位置。若是產生碰撞，則利用key.equals()方法去鏈表或樹中去查找對應的節點 3. HashMap 的長度爲何是2的冪次方？ 爲了能讓 HashMap 存取高效，儘可能較少碰撞，也就是要儘可能把數據分配均勻，每一個鏈表/紅黑樹長度大體相同。這個實現就是把數據存到哪一個鏈表/紅黑樹中的算法。

HashMap 和 LinkedHashMap 的區別

• LinkedHashMap 擁有與 HashMap 相同的底層哈希表結構，即數組 + 單鏈表 + 紅黑樹，也擁有相同的擴容機制。
• LinkedHashMap 相比 HashMap 的拉鍊式存儲結構，內部額外經過 Entry 維護了一個雙向鏈表。
• HashMap 元素的遍歷順序不必定與元素的插入順序相同，而 LinkedHashMap 則經過遍歷雙向鏈表來獲取元素，因此遍歷順序在必定條件下等於插入順序。
• LinkedHashMap 能夠經過構造參數 accessOrder 來指定雙向鏈表是否在元素被訪問後改變其在雙向鏈表中的位置。

HashMap & TreeMap 的區別

HashMap實現了Map接口，不保障元素順序。 TreeMap實現了SortedMap接口，是一個有序的Map。內部採用紅黑樹實現，紅黑樹是一種維護有序數據的高效數據結構

ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的區別

ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的區別主要體如今實現線程安全的方式上不一樣。 底層數據結構： JDK1.7的 ConcurrentHashMap 底層採用 分段的數組+鏈表 實現，JDK1.8 採用的數據結構跟HashMap1.8的結構同樣，數組+鏈表/紅黑二叉樹。Hashtable 和 JDK1.8 以前的 HashMap 的底層數據結構相似都是採用 數組+鏈表 的形式，數組是 HashMap 的主體，鏈表則是主要爲了解決哈希衝突而存在的； 實現線程安全的方式（重要）： ① 在JDK1.7的時候，ConcurrentHashMap（分段鎖） 對整個桶數組進行了分割分段(Segment)，每一把鎖只鎖容器其中一部分數據，多線程訪問容器裏不一樣數據段的數據，就不會存在鎖競爭，提升併發訪問率。（默認分配16個Segment，比Hashtable效率提升16倍。） 到了 JDK1.8 的時候已經摒棄了Segment的概念，而是直接用 Node 數組+鏈表+紅黑樹的數據結構來實現，併發控制使用 synchronized 和 CAS 來操做。（JDK1.6之後 對 synchronized鎖作了不少優化） 整個看起來就像是優化過且線程安全的 HashMap，雖然在JDK1.8中還能看到 Segment 的數據結構，可是已經簡化了屬性，只是爲了兼容舊版本；② Hashtable(同一把鎖) :使用 synchronized 來保證線程安全，效率很是低下。當一個線程訪問同步方法時，其餘線程也訪問同步方法，可能會進入阻塞或輪詢狀態，如使用 put 添加元素，另外一個線程不能使用 put 添加元素，也不能使用 get，競爭會愈來愈激烈效率越低。

JDK1.7的ConcurrentHashMap：

JDK1.8的ConcurrentHashMap（TreeBin: 紅黑二叉樹節點 Node: 鏈表節點）：

參考

• 這幾道Java集合框架面試題在面試中幾乎必問
• 搞懂 HashSet & LinkedHashSet 源碼以及集合常見面試題目

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