Java面试集锦(一)之Java集合

  • 作者: 凯哥Java
  • 面试宝典
  • 时间:2020-08-05 09:04
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简介 Java集合1.集合1.List:有序、可重复。可以通过索引快速查找,但进行增删操作时后续的数据需要移动,所以增删速度慢。2.Set:无序、不可重复。3.Map:键值对、键唯一、值不唯一。Map集合中存储的是键值对,键不能重复,值可以重复。根据键得到值,对map集合遍历时先得到键的set集合,对set集合进行遍历,得到相应的值。4.ArrayList: ArrayList实现于List、

Java集合

1.集合

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1. List:有序、可重复。可以通过索引快速查找,但进行增删操作时后续的数据需要移动,所以增删速度慢。


2. Set:无序、不可重复。

3. Map:键值对、键唯一、值不唯一。Map 集合中存储的是键值对,键不能重复,值可以重复。根据键得到值,对 map 集合遍历时先得到键的 set 集合,对 set 集合进行遍历,得到相应的值。

4. ArrayList: ArrayList 实现于 List、RandomAccess 接口,具有list的特性,有序,可以重复,并且可以插入空数据,也支持随机访问。ArrayList相当于动态数据(动态数组),其中最重要的两个属性分别是: elementData 数组,以及 size 大小,ArrayList 的主要消耗是数组扩容来在指定位置添加数据。增删是数组复制的过程,效率比较慢,但查询比较快。

5. Vector: Vector 也是实现于 List 接口,底层数据结构和 ArrayList 类似,也是一个动态数组存放数据。不过是在 add() 方法的时候使用 synchronized 进行同步写数据,但是开销较大,所以 Vector 是一个同步容器并不是一个并发容器。

6. LinkedList: LinkedList 底层是基于双向链表实现的,也是实现了 List 接口,所以也拥有 List 的一些特点, 可见每次插入都是移动指针,和 ArrayList 的拷贝数组来说效率要高上不少。

  • LinkedList 插入,删除都是移动指针效率很高。

  • 查找需要进行遍历查询,效率较低。

7. HashSet: HashSet 实现了list接口,具有list的一些特点,是一个不允许存储重复元素的集合,它的实现比较简单,只要理解了 HashMap,HashSet 就水到渠成了。比较关键的就是这个 add() 方法。 可以看出它是将存放的对象当做了 HashMap 的健,value 都是相同的 。由于 HashMap 的 key 是不能重复的,所以每当有重复的值写入到 HashSet 时,value 会被覆盖,但 key 不会受到影响,这样就保证了 HashSet 中只能存放不重复的元素。
HashSet 的原理比较简单,几乎全部借助于 HashMap 来实现的。
所以 HashMap 会出现的问题 HashSet 依然不能避免。

8. HashMap: HashMap 底层是基于数组和链表实现的

6162236d5457a7d12dc045f298f274eb.png每个绿色的实体是嵌套类 Entry 的实例,Entry 包含四个属性:key, value, hash 值和用于单向链表的 next。


根据 Java7 HashMap 的介绍,我们知道,查找的时候,根据 hash 值我们能够快速定位到数组的具体下标,但是之后的话,需要顺着链表一个个比较下去才能找到我们需要的,时间复杂度取决于链表的长度,为 O(n)。

为了降低这部分的开销,在 Java8 中,当链表中的元素超过了 8 个以后,会将链表转换为红黑树,在这些位置进行查找的时候可以降低时间复杂度为 O(logN)。

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Java7 中使用 Entry 来代表每个 HashMap 中的数据节点,Java8 中使用 Node,基本没有区别,都是 key,value,hash 和 next 这四个属性,不过,Node 只能用于链表的情况,红黑树的情况需要使用 TreeNode。
其中有两个重要的参数

  • 容量

  • 负载因子

容量的默认大小是 16,负载因子是 0.75,当 HashMap 的 size > 16*0.75 时就会发生扩容(容量和负载因子都可以自由调整)。
由于数组的长度有限,所以难免会出现不同的 Key 通过运算得到的 index 相同,这种情况可以利用链表来解决,
在并发环境下使用 HashMap 容易出现死循环。
并发场景发生扩容,调用 resize() 方法里的 rehash() 时,容易出现环形链表。这样当获取一个不存在的 key时,计算出的 index 正好是环形链表的下标时就会出现死循环。 所以 HashMap 只能在单线程中使用,并且尽量的预设容量,尽可能的减少扩容。

9. LinkedHashMap:它的底层是继承于 HashMap 实现的,由一个双向链表所构成。

LinkedHashMap 的排序方式有两种:

  • 根据写入顺序排序。

  • 根据访问顺序排序。

其中根据访问顺序排序时,每次 get 都会将访问的值移动到链表末尾,这样重复操作就能得到一个按照访问顺序排序的链表。总的来说 LinkedHashMap 其实就是对 HashMap 进行了拓展,使用了双向链表来保证了顺序性。

因为是继承与 HashMap 的,所以一些 HashMap 存在的问题 LinkedHashMap 也会存在,比如不支持并发等。

10. ConcurrentHashMap(线程安全的并发容器):

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是由 Segment 数组、HashEntry 数组组成,和 HashMap 一样,仍然是数组加链表组成。ConcurrentHashMap 采用了分段锁技术,其中 Segment 继承于 ReentrantLock。不会像 HashTable 那样不管是 put 还是 get 操作都需要做同步处理,理论上 ConcurrentHashMap 支持 CurrencyLevel (Segment 数组数量)的线程并发。每当一个线程占用锁访问一个 Segment 时,不会影响到其他的 Segment。

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1.8 中的 ConcurrentHashMap 数据结构和实现与 1.7 还是有着明显的差异。其中抛弃了原有的 Segment 分段锁,而采用了 CAS + synchronized 来保证并发安全性。

红黑树
R-B Tree,全称是Red-Black Tree,又称为“红黑树”,它一种特殊的二叉查找树。红黑树的每个节点上都有存储位表示节点的颜色,可以是红(Red)或黑(Black)。
红黑树的特性:
(1)每个节点或者是黑色,或者是红色。
(2)根节点是黑色。
(3)每个叶子节点(NIL)是黑色。 [注意:这里叶子节点,是指为空(NIL或NULL)的叶子节点!]
(4)如果一个节点是红色的,则它的子节点必须是黑色的。
(5)从一个节点到该节点的子孙节点的所有路径上包含相同数目的黑节点。

注意:
(01) 特性(3)中的叶子节点,是只为空(NIL或null)的节点。
(02) 特性(5),确保没有一条路径会比其他路径长出俩倍。因而,红黑树是相对是接近平衡的二叉树。

780f0820a438f5e6b879a0a8d7720100.png红黑树的时间复杂度为: O(lgn)


2. ArrayList 和 LinkedList 有何区别?

ArrayList 是基于动态数组的数据结构,LinkedList 是基于链表的数据结构;对于随机访问 get 和 set,ArrayList 较优, 是基于索引 (index) 的数据结构,它使用索引在数组中搜索和读取数据是很快的。 Array 获取数据的时间复杂度是 O(1), 但是要删除数据却是开销很大的,因为这需要重排数组中的所有数据,因为 LinkedList 要移动指针。;对于新增和删除操作 add 和 remove,LinedList 较优,只需要改变指针即可,因为ArrayList 要移动数据

3. HashMap 和 Hashtable 的区别?

HashMap 允许空键值,Hashtable 不允许;
HashMap 继承自 AbstractMap,Hashtable 继承自 Dictionary 类,两者都实现了 Map 接口; HashMap 的方法不是同步的,Hashtable 的方法是同步的(效率较差,不建议使用)。
HashMap和Hashtable都实现了Map接口
HashMap几乎可以等价于Hashtable,除了HashMap是非synchronized的,并可以接受null(HashMap可以接受为null的键值(key)和值(value),而Hashtable则不行)。

  1. HashMap是非synchronized,而Hashtable是synchronized,这意味着Hashtable是线程安全的,多个线程可以共享一个Hashtable;而如果没有正确的同步的话,多个线程是不能共享HashMap的。Java 5提供了ConcurrentHashMap,它是HashTable的替代,比HashTable的扩展性更好。

  2. 另一个区别是HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器,而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的。所以当有其它线程改变了HashMap的结构(增加或者移除元素),将会抛出ConcurrentModificationException,但迭代器本身的remove()方法移除元素则不会抛出ConcurrentModificationException异常。但这并不是一个一定发生的行为,要看JVM。这条同样也是Enumeration和Iterator的区别。

  3. 由于Hashtable是线程安全的也是synchronized,所以在单线程环境下它比HashMap要慢。如果你不需要同步,只需要单一线程,那么使用HashMap性能要好过Hashtable。

  4. HashMap不能保证随着时间的推移Map中的元素次序是不变的。

4. Iterater 和 ListIterator 之间有什么区别?

Iterator 用来遍历 Set 和 List 集合,而 ListIterator 只能遍历 List; Iterator 只可以向前遍历,而 LIstIterator 可以双向遍历;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

5. Arraylist和vector区别

数据增长:Vector增长原来的一倍,ArrayList增加原来的0.5倍。
同步性:Vector是线程安全的 Arraylist是不安全的。

6. HashMap和TreeMap区别

HashMap通过hashcode对其内容进行快速查找,而 TreeMap中所有的元素都保持着某种固定的顺序,如果你需要得到一个有序的结果你就应该使用TreeMap(HashMap中元素的排列顺序是不固定的)。
HashMap 非线程安全 TreeMap 非线程安全

HashMap:数组方式存储key/value,线程非安全,允许null作为key和value,key不可以重复,value允许重复,不保证元素迭代顺序是按照插入时的顺序,key的hash值是先计算key的hashcode值,然后再进行计算,每次容量扩容会重新计算所以key的hash值,会消耗资源,要求key必须重写equals和hashcode方法

默认初始容量16,加载因子0.75,扩容为旧容量乘2,查找元素快,如果key一样则比较value,如果value不一样,则按照链表结构存储value,就是一个key后面有多个value;

TreeMap:基于红黑二叉树的NavigableMap的实现,线程非安全,不允许null,key不可以重复,value允许重复,存入TreeMap的元素应当实现Comparable接口或者实现Comparator接口,会按照排序后的顺序迭代元素,两个相比较的key不得抛出classCastException。主要用于存入元素的时候对元素进行自动排序,迭代输出的时候就按排序顺序输出

ArrayList的扩容方式和扩容时机

引用:https://blog.csdn.net/zhou920786312/article/details/83750032

初始化

ArrayList的底层是一个动态数组,ArrayList首先会对传进来的初始化参数initalCapacity进行判断

  • 如果参数等于0,则将数组初始化为一个空数组,

  • 如果不等于0,将数组初始化为一个容量为10的数组。

扩容时机

当数组的大小大于初始容量的时候(比如初始为10,当添加第11个元素的时候),就会进行扩容,新的容量为旧的容量的1.5倍。

扩容方式

扩容的时候,会以新的容量建一个原数组的拷贝,修改原数组,指向这个新数组,原数组被抛弃,会被GC回收。

ArraList初始化容量判断
//ArraList初始化容量判断
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
        int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)
            ? 0 : DEFAULT_CAPACITY;
        if (minCapacity > minExpand) {
            ensureExplicitCapacity(minCapacity);
        }
    }

//添加元素的方法
public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

//判断是否需要扩容
 private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }

//扩容的机制
private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

人生若只如初见,浮沉繁华,慕然回首,不过过眼云烟。 我只在红尘中争渡,即便是一朵浪花,亦奋勇向前。


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