Java集合框架基础知识

1、Java集合框架的基础接口有哪些？

 

Collection为集合层级的根接口。一个集合代表一组对象，这些对象即为它的元素。Java平台不提供这个接口任何直接的实现。

 

Set是一个不能包含重复元素的集合。这个接口对数学集合抽象进行建模，被用来代表集合，就如一副牌。

 

List是一个有序集合，可以包含重复元素。你可以通过它的索引来访问任何元素。List更像长度动态变换的数组。

 

Map是一个将key映射到value的对象.一个Map不能包含重复的key：每个key最多只能映射一个value。

 

一些其它的接口有Queue、Dequeue、SortedSet、SortedMap和ListIterator。

 

 

 

 

 

2、HashMap和HashTable有何不同？

 

（1）HashMap允许key和value为null，而HashTable不允许。

 

（2）HashTable是同步的，而HashMap不是。所以HashMap适合单线程环境，HashTable适合多线程环境。

 

（3）在Java1.4中引入了LinkedHashMap，HashMap的一个子类，假如你想要遍历顺序，你很容易从HashMap转向LinkedHashMap，但是HashTable不是这样的，它的顺序是不可预知的。

 

（4）HashMap提供对key的Set进行遍历，因此它是fail-fast的，但HashTable提供对key的Enumeration进行遍历，它不支持fail-fast。

 

（5）HashTable被认为是个遗留的类，如果你寻求在迭代的时候修改Map，你应该使用CocurrentHashMap。

HashMap和Hashtable的区别

都属于Map接口的类，实现了将惟一键映射到特定的值上。   

一.历史原因:

Hashtable是基于陈旧的Dictionary类的，HashMap是Java 1.2引进的Map接口的一个实现  

二.同步性:

Hashtable是线程安全的，也就是说是同步的，而HashMap是线程序不安全的，不是同步的  

三.值：

 HashMap 类没有分类或者排序。它允许一个 null 键和多个 null 值。 

 Hashtable 类似于 HashMap，但是不允许 null 键和 null 值。

四.效率：

Hashtable 比 HashMap 慢，因为它是同步的。

怎样使HashMap同步

HashMap可以通过Map m = Collections.synchronizedMap（hashMap）来达到同步的效果。

 

 

 

 

3、如何决定选用HashMap还是TreeMap？

 

对于在Map中插入、删除和定位元素这类操作，HashMap是最好的选择。然而，假如你需要对一个有序的key集合进行遍历，TreeMap是更好的选择。基于你的collection的大小，也许向HashMap中添加元素会更快，将map换为TreeMap进行有序key的遍历。

 

 

 

 

 

4、ArrayList和Vector有何异同点？

 

ArrayList和Vector在很多时候都很类似。

 

（1）两者都是基于索引的，内部由一个数组支持。

 

（2）两者维护插入的顺序，我们可以根据插入顺序来获取元素。

 

（3）ArrayList和Vector的迭代器实现都是fail-fast的。

 

（4）ArrayList和Vector两者允许null值，也可以使用索引值对元素进行随机访问。

 

以下是ArrayList和Vector的不同点。

 

（1）Vector是同步的，而ArrayList不是。然而，如果你寻求在迭代的时候对列表进行改变，你应该使用CopyOnWriteArrayList。

 

（2）ArrayList比Vector快，它因为有同步，不会过载。

 

（3）ArrayList更加通用，因为我们可以使用Collections工具类轻易地获取同步列表和只读列表。

 

ArrayList和Vector的区别

ArrayList与Vector主要从二方面来说.  

一.同步性:

   Vector是线程安全的，也就是说是同步的，而ArrayList是线程序不安全的，不是同步的。

二.操作:

    由于Vector支持多线程操作，所以在性能上就比不上ArrayList了。

三.数据增长:

  ArrayList和Vector都有一个初始的容量大小，当存储进去它们里面的元素个数超出容量的时候，就需要增加ArrayList和Vector的存储空间，每次增加存储空间的时候不是只增加一个存储单元，是增加多个存储单元。

  Vector默认增加原来的一倍，ArrayList默认增加原来的0.5倍。

  Vector可以由我们自己来设置增长的大小，ArrayList没有提供相关的方法。

 

 

 

5、LinkedList与ArrayList有什么区别

两者都实现的是List接口，不同之处在于：

（1）、ArrayList是基于动态数组实现的，LinkedList是基于链表的数据结构。

（2）、get访问List内部任意元素时，ArrayList的性能要比LinkedList性能好。LinkedList中的get方法是要按照顺序从列表的一端开始检查，直到另一端

（3）、对于新增和删除操作LinkedList要强于ArrayList，因为ArrayList要移动数据

附加：

   LinkedList实现了List接口，允许null元素。此外LinkedList提供额外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。

  注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List：

List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(…));

 

 

 

 

 

 

6、Array和ArrayList有何区别？什么时候更适合用Array？

 

Array可以容纳基本类型和对象，而ArrayList只能容纳对象。

 

Array是指定大小的，而ArrayList大小是固定的。

 

Array没有提供ArrayList那么多功能，比如addAll、removeAll和iterator等。尽管ArrayList明显是更好的选择，但也有些时候Array比较好用。

 

（1）如果列表的大小已经指定，大部分情况下是存储和遍历它们。

 

（2）对于遍历基本数据类型，尽管Collections使用自动装箱来减轻编码任务，在指定大小的基本类型的列表上工作也会变得很慢。

 

（3）如果你要使用多维数组，使用[][]比List<List<>>更容易。

 

 

 

 

 

7、ArrayList和LinkedList有何区别？

 

ArrayList和LinkedList两者都实现了List接口，但是它们之间有些不同。

 

（1）ArrayList是由Array所支持的基于一个索引的数据结构，所以它提供对元素的随机访问，复杂度为O(1)，但LinkedList存储一系列的节点数据，每个节点都与前一个和下一个节点相连接。所以，尽管有使用索引获取元素的方法，内部实现是从起始点开始遍历，遍历到索引的节点然后返回元素，时间复杂度为O(n)，比ArrayList要慢。

 

（2）与ArrayList相比，在LinkedList中插入、添加和删除一个元素会更快，因为在一个元素被插入到中间的时候，不会涉及改变数组的大小，或更新索引。

 

（3）LinkedList比ArrayList消耗更多的内存，因为LinkedList中的每个节点存储了前后节点的引用。

 

 

 

 

 

 

8、哪些集合类提供对元素的随机访问？

 

ArrayList、HashMap、TreeMap和HashTable类提供对元素的随机访问。

 

 

 

 

9、EnumSet是什么？

 

java.util.EnumSet是使用枚举类型的集合实现。当集合创建时，枚举集合中的所有元素必须来自单个指定的枚举类型，可以是显示的或隐示的。EnumSet是不同步的，不允许值为null的元素。它也提供了一些有用的方法，比如copyOf(Collection c)、of(E first,E…rest)和complementOf(EnumSet s)。

 

 

 

10、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。

 

 

 

 

 

11、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。

 

 

 

 

 

 

12、BlockingQueue是什么？

 

Java.util.concurrent.BlockingQueue是一个队列，在进行检索或移除一个元素的时候，它会等待队列变为非空；当在添加一个元素时，它会等待队列中的可用空间。BlockingQueue接口是Java集合框架的一部分，主要用于实现生产者-消费者模式。我们不需要担心等待生产者有可用的空间，或消费者有可用的对象，因为它都在BlockingQueue的实现类中被处理了。Java提供了集中BlockingQueue的实现，比如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue,、SynchronousQueue等。

 

 

 

 

 

13、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。

 

 

 

 

 

 

 

14、Collections类是什么？

 

Java.util.Collections是一个工具类仅包含静态方法，它们操作或返回集合。它包含操作集合的多态算法，返回一个由指定集合支持的新集合和其它一些内容。这个类包含集合框架算法的方法，比如折半搜索、排序、混编和逆序等。

 

 

 

 

 

 

15、Comparable和Comparator接口是什么？

 

如果我们想使用Array或Collection的排序方法时，需要在自定义类里实现Java提供Comparable接口。Comparable接口有compareTo(T OBJ)方法，它被排序方法所使用。我们应该重写这个方法，如果“this”对象比传递的对象参数更小、相等或更大时，它返回一个负整数、0或正整数。但是，在大多数实际情况下，我们想根据不同参数进行排序。比如，作为一个CEO，我想对雇员基于薪资进行排序，一个HR想基于年龄对他们进行排序。这就是我们需要使用Comparator接口的情景，因为Comparable.compareTo(Object o)方法实现只能基于一个字段进行排序，我们不能根据对象排序的需要选择字段。Comparator接口的compare(Object o1, Object o2)方法的实现需要传递两个对象参数，若第一个参数比第二个小，返回负整数；若第一个等于第二个，返回0；若第一个比第二个大，返回正整数。

 

 

 

 

 

16、Comparable和Comparator接口有何区别？

 

Comparable和Comparator接口被用来对对象集合或者数组进行排序。Comparable接口被用来提供对象的自然排序，我们可以使用它来提供基于单个逻辑的排序。

 

Comparator接口被用来提供不同的排序算法，我们可以选择需要使用的Comparator来对给定的对象集合进行排序。

 

 

 

 

 

17、我们如何对一组对象进行排序？

 

如果我们需要对一个对象数组进行排序，我们可以使用Arrays.sort()方法。如果我们需要排序一个对象列表，我们可以使用Collection.sort()方法。两个类都有用于自然排序（使用Comparable）或基于标准的排序（使用Comparator）的重载方法sort()。Collections内部使用数组排序方法，所有它们两者都有相同的性能，只是Collections需要花时间将列表转换为数组。

 

 

 

 

 

 

 

18、当一个集合被作为参数传递给一个函数时，如何才可以确保函数不能修改它？

 

在作为参数传递之前，我们可以使用Collections.unmodifiableCollection(Collection c)方法创建一个只读集合，这将确保改变集合的任何操作都会抛出UnsupportedOperationException。

 

 

 

 

 

19、我们如何从给定集合那里创建一个synchronized的集合？

 

我们可以使用Collections.synchronizedCollection(Collection c)根据指定集合来获取一个synchronized（线程安全的）集合。

 

 

 

 

 

20、集合框架里实现的通用算法有哪些？

 

Java集合框架提供常用的算法实现，比如排序和搜索。Collections类包含这些方法实现。大部分算法是操作List的，但一部分对所有类型的集合都是可用的。部分算法有排序、搜索、混编、最大最小值。

 

 

 

 

21、Java集合框架相关的有哪些最好的实践？

 

（1）根据需要选择正确的集合类型。比如，如果指定了大小，我们会选用Array而非ArrayList。如果我们想根据插入顺序遍历一个Map，我们需要使用TreeMap。如果我们不想重复，我们应该使用Set。

 

（2）一些集合类允许指定初始容量，所以如果我们能够估计到存储元素的数量，我们可以使用它，就避免了重新哈希或大小调整。

 

（3）基于接口编程，而非基于实现编程，它允许我们后来轻易地改变实现。

 

（4）总是使用类型安全的泛型，避免在运行时出现ClassCastException。

 

（5）使用JDK提供的不可变类作为Map的key，可以避免自己实现hashCode()和equals()。

 

（6）尽可能使用Collections工具类，或者获取只读、同步或空的集合，而非编写自己的实现。它将会提供代码重用性，它有着更好的稳定性和可维护性。

 

 

 

 

22、在Java中，HashMap是如何工作的？

 

HashMap在Map.Entry静态内部类实现中存储key-value对。HashMap使用哈希算法，在put和get方法中，它使用hashCode()和equals()方法。当我们通过传递key-value对调用put方法的时候，HashMap使用Key hashCode()和哈希算法来找出存储key-value对的索引。Entry存储在LinkedList中，所以如果存在entry，它使用equals()方法来检查传递的key是否已经存在，如果存在，它会覆盖value，如果不存在，它会创建一个新的entry然后保存。当我们通过传递key调用get方法时，它再次使用hashCode()来找到数组中的索引，然后使用equals()方法找出正确的Entry，然后返回它的值。下面的图片解释了详细内容。

 

其它关于HashMap比较重要的问题是容量、负荷系数和阀值调整。HashMap默认的初始容量是32，负荷系数是0.75。阀值是为负荷系数乘以容量，无论何时我们尝试添加一个entry，如果map的大小比阀值大的时候，HashMap会对map的内容进行重新哈希，且使用更大的容量。容量总是2的幂，所以如果你知道你需要存储大量的key-value对，比如缓存从数据库里面拉取的数据，使用正确的容量和负荷系数对HashMap进行初始化是个不错的做法。