Java集合框架面試題總結

前段時間已經總結了有關Java併發的面試題：
Java併發基礎面試題總結
Java併發進階面試題總結
今天來學習一下有關Java集合的常見面試題。

• 說說常見的集合有哪些吧
• 說說List,Set,Map三者的區別
• Arraylist與LinkedList 區別
• 爲何要用Arraylist取代Vector呢
• 說一說ArrayList的擴容機制
• HashMap和Hashtable的區別
• HashMap的長度爲何是2的冪次方
• HashMap的擴容操做是怎麼實現的
• HashMap在JDK1.7和JDK1.8中有哪些不一樣
• ConcurrentHashMap和Hashtable的區別
• ConcurrentHashMap的具體實現知道嗎
• HashSet是如何保證數據不可重複的
• CopyOnWriteArrayList爲何併發安全且性能比Vector好
• CopyOnWriteArrayList讀取效率爲何那麼高

說說常見的集合有哪些吧

Map接口和Collection接口是全部集合框架的父接口：

1. Collection接口的子接口包括：Set接口和List接口
2. Map接口的實現類主要有：HashMap、TreeMap、Hashtable、ConcurrentHashMap等
3. Set接口的實現類主要有：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet等
4. List接口的實現類主要有：ArrayList、LinkedList、Stack以及Vector等

說說List,Set,Map三者的區別

• List：List接口存儲一組不惟一（能夠有多個元素引用相同的對象），有序的對象
• Set:不容許重複的集合。不會有多個元素引用相同的對象。
• Map:使用鍵值對存儲。Map會維護與Key有關聯的值。兩個Key能夠引用相同的對象，但Key不能重複，典型的Key是String類型，但也能夠是任何對象。

Arraylist與LinkedList 區別

• ArrayList是實現了基於動態數組的數據結構，LinkedList是基於鏈表的數據結構
• 對於隨機訪問get和set，ArryList要優於LinkedList，由於LinkedList要移動指針
• 對於新增和刪除操做add和remove，linkedList比較佔優點，由於ArrayList要移動數據。這一點要看實際狀況，若是隻對單條數據插入或刪除，ArrayList的速度反而優於LinkedList。但批量隨機插入，則考慮LinkedList。由於ArrayList每插入一條數據，要移動插入點及以後的全部數據。

爲何要用Arraylist取代Vector呢

• Vector類的全部方法都是同步的。能夠由兩個線程安全地訪問一個Vector對象、可是一個線程訪問Vector的話代碼要在同步操做上耗費大量的時間。
• Arraylist不是同步的，因此在不須要保證線程安全時建議使用Arraylist。

說一說ArrayList的擴容機制

詳情請看：深刻剖析ArrayList源碼

HashMap和Hashtable的區別

1. 線程是否安全：HashMap 是非線程安全的，HashTable 是線程安全的；HashTable 內部的方法基本都通過synchronized修飾。（若是你要保證線程安全的話就使用 ConcurrentHashMap 吧！）；
2. 效率：由於線程安全的問題，HashMap 要比 HashTable 效率高一點。另外，HashTable 基本被淘汰，不要在代碼中使用它；
3. 對Null key 和Null value的支持：HashMap 中，null 能夠做爲鍵，這樣的鍵只有一個，能夠有一個或多個鍵所對應的值爲 null。。可是在 HashTable 中 put 進的鍵值只要有一個 null，直接拋出 NullPointerException。
4. 初始容量大小和每次擴充容量大小的不一樣 ：①建立時若是不指定容量初始值，Hashtable 默認的初始大小爲11，以後每次擴充，容量變爲原來的2n+1。HashMap 默認的初始化大小爲16。以後每次擴充，容量變爲原來的2倍。②建立時若是給定了容量初始值，那麼 Hashtable 會直接使用你給定的大小，而 HashMap 會將其擴充爲2的冪次方大小（HashMap 中的tableSizeFor()方法保證)。也就是說 HashMap 老是使用2的冪做爲哈希表的大小。
5. 底層數據結構：JDK1.8 之後的 HashMap 在解決哈希衝突時有了較大的變化，當鏈表長度大於閾值（默認爲8）時，將鏈表轉化爲紅黑樹，以減小搜索時間。Hashtable 沒有這樣的機制。

HashMap的長度爲何是2的冪次方

主要是爲了 提升運算效率， 咱們使用的是2次冪的擴展(指長度擴爲原來2倍)，因此，擴容後元素的位置要麼是在原位置，要麼是在原位置再移動2次冪的位置。所以，咱們在擴充HashMap的時候，不須要像JDK1.7的實現那樣從新計算hash，只須要看看原來的hash值 新增的那個bit是1仍是0就行了，是0的話索引沒變，是1的話索引變成「原索引+oldCap。

HashMap的擴容操做是怎麼實現的

有關 HashMap的擴容操做請移步：深刻剖析HashMap源碼

HashMap在JDK1.7和JDK1.8中有哪些不一樣

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。
• 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。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；②Hashtable(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。

ConcurrentHashMap底層實現

在JDK1.7中，ConcurrentHashMap採用Segment + HashEntry的方式進行實現，結構以下：

• 該類包含兩個靜態內部類 HashEntry 和 Segment ；前者用來封裝映射表的鍵值對，後者用來充當鎖的角色；
• Segment 是一種可重入的鎖 ReentrantLock，每一個 Segment 守護一個HashEntry 數組裏得元素，當對 HashEntry 數組的數據進行修改時，必須首先得到對應的 Segment 鎖。

在JDK1.8中，放棄了Segment臃腫的設計，取而代之的是採用Node + CAS + Synchronized來保證併發安全進行實現，結構以下：

HashSet是如何保證數據不可重複的

HashSet的底層其實就是HashMap，只不過咱們HashSet是實現了Set接口而且把數據做爲K值，而V值一直使用一個相同的虛值來保存，咱們能夠看到源碼：

public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;// 調用HashMap的put方法,PRESENT是一個至始至終都相同的虛值
}

因爲HashMap的K值自己就不容許重複，而且在HashMap中若是K/V相同時，會用新的V覆蓋掉舊的V，而後返回舊的V，那麼在HashSet中執行這一句話始終會返回一個false，致使插入失敗，這樣就保證了數據的不可重複性。

CopyOnWriteArrayList爲何併發安全且性能比Vector好

Vector是增刪改查方法都加了synchronized，保證同步，可是每一個方法執行的時候都要去得到鎖，性能就會大大降低，而CopyOnWriteArrayList 只是在增刪改上加鎖，可是讀不加鎖，在讀方面的性能就好於Vector，CopyOnWriteArrayList支持讀多寫少的併發狀況。

源碼參考：一文解讀CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList讀取效率爲何那麼高

CopyOnWriteArrayList類的全部可變操做（add，set等等）都是經過建立底層數組的新副本來實現的。當 List 須要被修改的時候，並不直接修改原有數組對象，而是對原有數據進行一次拷貝，將修改的內容寫入副本中。寫完以後，再將修改完的副本替換成原來的數據，這樣就能夠保證寫操做不會影響讀操做了。

從 CopyOnWriteArrayList 的名字能夠看出，CopyOnWriteArrayList 是知足 CopyOnWrite 的 ArrayList，所謂 CopyOnWrite 的意思：就是對一塊內存進行修改時，不直接在原有內存塊中進行寫操做，而是將內存拷貝一份，在新的內存中進行寫操做，寫完以後，再將原來指向的內存指針指到新的內存，原來的內存就能夠被回收。

參考

Java集合框架面試總結