文章目录

集合框架图
常用接口介绍以及区别
常用接口类介绍
- ArrayList
- LinkedList
- HashMap
- ConcurrentHashMap
- TreeMap
- LinkedHashMap
- HashSet
- TreeSet
其他问题
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集合框架图

集合和数组的区别：

数组是固定长度的；集合可变长度的。
数组可以存储基本数据类型，也可以存储引用数据类型；集合只能存储引用数据类型。
数组存储的元素必须是同一个数据类型；集合存储的对象可以是不同数据类型。

常用接口介绍以及区别

List（有序、可重复）
List里存放的对象是有序的，同时也是可以重复的，List关注的是索引，拥有一系列和索引相关的方法，查询速度快。因为往list集合里插入或删除数据时，会伴随着后面数据的移动，所有插入删除数据速度慢。
Set（无序、不能重复）
Set里存放的对象是无序，不能重复的，集合中的对象不按特定的方式排序，只是简单地把对象加入集合中。
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。
一些其它的接口有Queue、Dequeue、SortedSet、SortedMap和ListIterator。

常用接口类介绍

ArrayList

List接口实现类。ArrayList底层是由数组实现的，随机访问速度极快。

Array可以包含基本数据类型和对象类型，ArrayList只能包含对象类型；
Array的大小是固定的，ArrayList大小是动态改变的；
ArrayList提供了许多方法，比如addAll()，removeAll()，iterator()等；

对于基本数据类型，集合使用自动装箱减少代码量，但是如果处理固定大小的基本数据类型时，相对比较慢。

ArrayList扩容机制，使用copyOf浅拷贝进行创建一个新的数组。

优点：数组长度可动态改变

缺点：不适合在中间频繁进行插入和删除操作。因为每次插入和删除都需要移动数组中的元素。

ArrayList没有指定初始化长度时，默认长度为10
ArrayList在增加元素的时候超过了原始容量，会采用扩容ensureCapacity方案：原始容量*3/2+1（1.5倍扩容）
ArrayList是线程不安全的，在多线程的情况下不要使用。
Vector是线程安全的，被同步关键字修饰。扩容方案是：原来的2倍。
Vector是ArrayList的多线程的一个替代品

注意： ArrayList会在并发时出现数组越界

问题：ArrayList 内部用什么实现的？
ArrayList 内部是用 Object[]实现的。是线性表（数组）
分析 ArrayList 的构造、add、remove、clear 方法的实现原理得：

get() 直接读取第几个下标，复杂度 O(1)
add(E) 添加元素，直接在后面添加，复杂度O（1）
add(index, E) 添加元素，在第几个元素后面插入，后面的元素需要向后移动，复杂度O（n）
remove（）删除元素，后面的元素需要逐个移动，复杂度O（n）

LinkedList

双向循环链表的链式表，存储结构使用链式表
LinkedList 是链表的操作

get() 获取第几个元素，依次遍历，复杂度O(n)
add(E) 添加到末尾，复杂度O(1)
add(index, E) 添加第几个元素后，需要先查找到第几个元素，直接指针指向操作，复杂度O(n)
remove（）删除元素，直接指针指向操作，复杂度O(1)

特点：适合于在链表中间需要频繁的插入和删除操作。

缺点：随机访问速度较慢，查找一个元素需要从头开始一个一个的找。也不是线程安全的

问题：LinkedList和ArrayList、vector的区别

LinkedList比ArrayList更占内存，因为LinkedList为每一个节点存储了两个引用，一个指向前一个元素，一个指向下一个元素。
ArrayList 底层结构是数组,底层查询快,增删慢。
LinkedList 底层结构是链表型的,增删快,查询慢。
vector 底层结构是数组线程安全的,增删慢,查询慢。

HashMap

HashMap可以接受null键值和值，而Hashtable则不能；HashMap是非synchronized;HashMap很快；以及HashMap储存的是键值对

HashMap的工作原理

基于hasing的原理，使用put(key,value)存储对象，使用get(key)获取对象，调用put()方法传递键和值的时候，先对键使用hashCode()方法计算hashCode，返回的hashCode用于找到bucket位置来储存Entry对象。当get()获取对象时，通过键对象的equals()方法找到正确的键值对，然后返回值对象。HashMap使用链表来解决碰撞问题，当发生碰撞了，对象将会储存在链表的下一个节点中。 HashMap在每个链表节点中储存键值对对象。

重要特性为容量、负载因子、扩容极限。

问题：HashMap是线程不安全的，其主要体现：

在jdk1.7中，在多线程环境下，扩容时会造成环形链或数据丢失。
在jdk1.8中，在多线程环境下，会发生数据覆盖的情况。

如果没有hash碰撞则会直接插入元素。如果线程A和线程B同时进行put操作，刚好这两条不同的数据hash值一样，并且该位置数据为null，所以这线程A、B都会进入

线程A进入后还未进行数据插入时挂起，而线程B正常执行，从而正常插入数据，然后线程A获取CPU时间片，此时线程A不用再进行hash判断了，问题出现：线程A会把线程B插入的数据给覆盖，发生线程不安全。

问题：如果两个对象hashCode相同会发生什么？

hashCode相同，bucket位置相同，发生碰撞。HashMap使用链表存储对象，Entry会存储在链表中。

问题：如果两个键的hashCode相同怎么获取值对象？

调用get()方法时，获取hashCode方法找到bucket的位置，然后调用equals()方法找到链表中正确的节点。

问题：如果HashMap大小超过负载因子定义的容量怎么办？

会进行rehasing。

默认负载因子为0.75也就是说当一个map填满了75%的bucket的时候，将大小扩大原来的两倍，重新调整map的大小，将原来的对象放入新的bucket上。

问题：重新调整HashMap大小存在什么问题

当重新调整HashMap大小的时候，存在条件竞争，因为如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小了，它们会同时试着调整大小。在调整大小的过程中，存储在链表中的元素的次序会反过来，因为移动到新的bucket位置的时候，HashMap并不会将元素放在链表的尾部，而是放在头部，这是为了避免尾部遍历(tail traversing)。如果条件竞争发生了，那么就死循环了。

ConcurrentHashMap

详情请看之前文章ConcurrentHashMap的原理分析的原理分析或者关注公众号查看详情

TreeMap

实现SortMap接口，能够把它保存的记录根据键排序,默认是按键值的升序排序，也可以指定排序的比较器，当用Iterator 遍历TreeMap时，得到的记录是排过序的。

LinkedHashMap

是HashMap的一个子类，保存了记录的插入顺序，在用Iterator遍历LinkedHashMap时，先得到的记录肯定是先插入的.也可以在构造时用带参数，按照应用次数排序。在遍历的时候会比HashMap慢，不过有种情况例外，当HashMap容量很大，实际数据较少时，遍历起来可能会比 LinkedHashMap慢，因为LinkedHashMap的遍历速度只和实际数据有关，和容量无关，而HashMap的遍历速度和他的容量有关。

HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap、TreeMap的区别
HashMap

1、底层数组+链表实现

2、key与value可以为null

3、线程不安全

4、初始size为16，扩容方式：newSize = oldSize * 2 ；size是2的n次幂

Hashtable

1、底层数组+链表实现

2、key与value 不能为null

3、线程安全：实现线程安全的方式是修改数据时锁住整个HashTable,因此也导致了 Hashtable在写入时会比较慢。

4、初始size为11，扩容方式：newSize = oldSize * 2 + 1

5、扩容针对整个Map，每次扩容时，原来数组中的元素依次重新计算存放位置，并重新插入

6、插入元素后判断是否扩容，如果扩容后没有插入新的元素，判定为无效扩容

7、当Map中元素总数超过Entry数组的75%，触发扩容操作，为了减少链表长度，元素分配更均匀

TreeMap

TreeMap实现SortMap接口，能够把它保存的记录根据键排序，默认是按键值的升序排序（自然顺序），也可以指定排序的比较器，当用Iterator遍历TreeMap时，得到的记录是排过序的。不允许key值为空，非同步的；

ConcurrentHashMap（jdk1.7）

底层采用分段的数组+链表实现，线程**安全.**使用了锁分段技术来保证线程安全的
通过把整个Map分为N个Segment，可以提供相同的线程安全，但是效率提升N倍，默认提升16倍。(读操作不加锁，由于HashEntry的value变量是 volatile的，也能保证读取到最新的值。)
Hashtable的synchronized是针对整张Hash表的，即每次锁住整张表让线程独占，ConcurrentHashMap允许多个修改操作并发进行，其关键在于使用了锁分离技术
有些方法需要跨段，比如size()和containsValue()，它们可能需要锁定整个表而而不仅仅是某个段，这需要按顺序锁定所有段，操作完毕后，又按顺序释放所有段的锁
扩容：段内扩容（段内元素超过该段对应Entry数组长度的75%触发扩容，不会对整个Map进行扩容），插入前检测需不需要扩容，有效避免无效扩容

锁分段技术：首先将数据分成一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问。

ConcurrentHashMap 是线程安全的 HashMap 的实现

put 操作：并没有在此方法上加上 synchronized，首先对 key.hashcode 进行 hash 操作，得到 key 的 hash 值。 hash操作的算法和 map也不同，根据此 hash 值计算并获取其对应的数组中的 Segment对象(继承自ReentrantLock)，接着调用此 Segment 对象的 put 方法来完成当前操作。ConcurrentHashMap 基于 concurrencyLevel 划分出了多个 Segment 来对 key-value 进行存储，从而避免每次 put 操作都得锁住整个数组。在默认的情况下，最佳情况下可允许 16 个线程并发无阻塞的操作集合对象，

get(key)首先对 key.hashCode 进行 hash 操作，基于其值找到对应的 Segment 对象，调用其 get 方法完成当前操作。而 Segment 的 get 操作首先通过 hash 值和对象数组大小减 1 的值进行按位与操作来获取数组上对应位置的 HashEntry。

HashSet

HashSet：底层数据结构是哈希表。

特点：

不能保证元素的排列顺序。
非线程安全
集合元素可以使null

哈希表的原理：

对对象元素中的关键字(对象中的特有数据)，进行哈希算法的运算，并得出一个具体的算法值，这个值称为哈希值。
哈希值就是这个元素的位置。
如果哈希值出现冲突，再次判断这个关键字对应的对象是否相同。如果对象相同，就不存储，因为元素重复。如果对象不同，就存储，在原来对象的哈希值基础 +1顺延。
存储哈希值的结构，我们称为哈希表。
既然哈希表是根据哈希值存储的，为了提高效率，最好保证对象的关键字是唯一的。

这样可以尽量少的判断关键字对应的对象是否相同，提高了哈希表的操作效率。

问题：如何保证元素的唯一性：

通过hashCode和equals两个方法进行确定元素的唯一性，如果两个元素的hashCode值一样，调用equals方法进行判断值是否相等。如果hashCode值不一样，则不会调用equals方法。

hashCode() 方法：

HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 equals() 方法比较相等，并且两个对象的 hashCode () 方法返回值也相等。
如果两个对象通过 equals() 方法返回 true ，这两个对象的 hashCode 值也应该相同。
重写 hashCode () 方法的基本原则
1、在程序运行时，同一个对象多次调用 hashCode () 方法应该返回相同的值
2、当两个对象的 equals() 方法比较返回 true 时，这两个对象的 hashCode () 方法的返回值也应相等
3、对象中用作 equals() 方法比较的 Field ，都应该用来计算 hashCode 值

TreeSet

对Set集合中的元素的进行指定顺序的排序，不同步。TreeSet底层的数据结构就是二叉树。

保证元素唯一性
根据compareTo的return返回值。后存入的元素调用compareTo方法并传入前面的元素进行比较，如果compareTo方法return返回正数就表示比前面元素大，就存到了二叉树的右边，取出时是后取出该元素的。如果return返回0，则两个元素一样，则不会存入。如果return返回负数表示比前面元素小，就存在二叉树的左边，取出时会先取出该元素。

排序方式

TreeSet排序的第一种方式：让元素自身具备比较性。元素需要实现Comparable接口，重写compareTo方法。这种方式也称为元素的自然顺序，也叫元素的默认顺序。
TreeSet集合第二种排序方式：当元素自身不具备比较性或者具备的比较性不是所需要的，这时需要让集合自身具备比较性。让集合一初始化就有了比较方式。定义比较器类，实现Comparator接口，重写compare()方法。

set集合转List集合

List< String> list= new ArrayList<>(HashSet);

其他问题

问题：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。

问题：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。

问题：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。

问题：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。

Java常用集合List、Map、Set介绍以及一些面试问题