Java集合

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Java集合体系

Java 中有哪些集合类？请简单介绍

List：有序集合，允许重复元素，主要实现类有 ArrayList、LinkedList。
Set：无序集合，不允许重复元素，主要实现类有 HashSet、TreeSet、LinkedHashSet。
Map：键值对集合，键唯一，主要实现类有 HashMap、Hashtable、TreeMap、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap。

数组和链表

数组和链表在 Java 中的区别是什么？

数组：连续的内存空间，支持随机访问，插入和删除效率低。
链表：不连续的内存空间，插入和删除效率高，不支持随机访问。

Java 中的 List 接口有哪些实现类？

ArrayList：基于动态数组实现，支持随机访问，插入和删除效率低。
LinkedList：基于双向链表实现，插入和删除效率高，不支持随机访问。
Vector：线程安全的 ArrayList，性能较低。
CopyOnWriteArrayList：线程安全的 ArrayList，写操作时复制整个数组。

Java 中 ArrayList 和 LinkedList 有什么区别？

ArrayList：基于动态数组，支持随机访问，插入和删除效率低。
LinkedList：基于双向链表，插入和删除效率高，不支持随机访问。

Java ArrayList 的扩容机制是什么？

扩容机制：当数组容量不足时，创建一个新的数组，容量为原数组的 1.5 倍，然后将原数组的元素复制到新数组中。

栈和队列

栈和队列在 Java 中的区别是什么？

栈（Stack）：后进先出（LIFO），Stack是vector一个子类，主要操作有 push（入栈）、pop（出栈）和 peek（查看栈顶元素）。
队列（Queue）：先进先出（FIFO），主要操作有 offer（入队）、poll（出队）和 peek（查看队首元素）。

线程安全集合

Java 的 CopyOnWriteArrayList 和 Collections.synchronizedList 有什么区别？分别有什么优缺点？

CopyOnWriteArrayList：
- 优点：读操作不加锁，性能高。
- 缺点：写操作需要复制整个数组，内存开销大。
Collections.synchronizedList：
- 优点：使用全局锁，实现简单。
- 缺点：读写操作都需要加锁，性能较低。

HashMap原理

底层数据结构：数组 + 链表 + 红黑树（jdk1.8之前没有红黑树结构，只是简单的数组 + 链表）

使用 HashMap 时，有哪些提升性能的技巧？

初始容量：合理设置初始容量，避免频繁扩容。
负载因子：适当调整负载因子，平衡时间和空间开销。
避免哈希冲突：使用高质量的哈希函数，减少哈希冲突。

扩容机制

Java 中 HashMap 的扩容机制是怎样的？

扩容机制：当元素数量超过阈值（容量 * 负载因子）时，创建一个新的数组，容量为原数组的 2 倍，然后将原数组的元素重新哈希到新数组中。

为什么 HashMap 在 Java 中扩容时采用 2 的 n 次方倍？

2 的 n 次方：确保哈希值与数组长度的模运算结果均匀分布，减少哈希冲突。

默认负载因子

为什么 Java 中 HashMap 的默认负载因子是 0.75？

负载因子：0.75 是一个经验值，平衡了时间和空间开销，既能保证较高的空间利用率，又能减少哈希冲突。

哈希碰撞

什么是 Hash 碰撞？怎么解决哈希碰撞？

哈希碰撞：多个键计算出相同的哈希值。
解决方法：使用链地址法（链表）或开放地址法（线性探测、二次探测、双散列）。

为什么 JDK 1.8 对 HashMap 进行了红黑树的改动？

红黑树：当链表长度超过 8 且数组长度大于等于 64 时，将链表转换为红黑树，提高查找效率。

JDK 1.8 对 HashMap 除了红黑树还进行了哪些改动？

CAS 操作：使用 CAS 操作提高并发性能。
树化阈值：引入了树化阈值和取消树化的阈值。
优化初始化：延迟初始化，减少不必要的初始化开销。

Hashtable

Hashtable是数组+链表 (没有红黑树; jdk1.8之前的HashMap一样)

Java 中的 HashMap 和 Hashtable 有什么区别？

HashMap：非线程安全，允许键和值为 null，性能较高。
Hashtable：线程安全，不允许键和值为 null，性能较低。

ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别是什么？

ConcurrentHashMap：线程安全，使用分段锁（JDK 1.8 使用 CAS 和 synchronized）实现，性能较高。
Hashtable：线程安全，使用全局锁实现，性能较低。

Java 中的 HashSet 和 HashMap 有什么区别？

HashSet：基于 HashMap 实现，不允许重复元素，不保证顺序。
HashMap：键值对集合，键唯一，允许值为 null。

ConcurrentHashMap

Java 中 ConcurrentHashMap 1.7 和 1.8 之间有哪些区别？

1.7：使用分段锁（Segment）实现，每个 Segment 管理一部分桶。
1.8：使用 CAS 操作和 synchronized 实现，提高了并发性能，引入了红黑树结构。

Java 中 ConcurrentHashMap 的 get 方法是否需要加锁？

不需要：get 方法是非阻塞的，不涉及修改操作，不需要加锁。

为什么 Java 的 ConcurrentHashMap 不支持 key 或 value 为 null？

设计原因：null 值会导致查找和删除操作复杂化，影响性能和一致性。

其他Map

Java 中的 LinkedHashMap 是什么？

LinkedHashMap：基于 HashMap 实现，维护插入顺序或访问顺序。

Java 中的 TreeMap 是什么？

TreeMap：基于红黑树实现，按键的自然顺序或自定义比较器排序。

Java 中的 IdentityHashMap 是什么？

IdentityHashMap：基于对象的引用地址而不是 equals 方法比较键，适用于需要基于引用比较的场景。

Java 中的 WeakHashMap 是什么？

WeakHashMap：基于弱引用实现，键可以被垃圾回收，适用于缓存场景。

foreach/Iterator

你遇到过 ConcurrentModificationException 错误吗？它是如何产生的？

ConcurrentModificationException：在遍历集合时，集合被其他线程修改导致。
产生原因：使用迭代器遍历时，集合被修改（如添加、删除元素）。

Java 中 for 循环与 foreach 循环的区别是什么？

for循环和foreach的区别

foreach

foreach是 java5 引入的一种简化的循环结构，常用于遍历数组或 实现了Iterable接口的集合

 for (String fruit : fruits) {
    System.out.println(fruit);
}

foreach虽然简洁易用，但不提供对当前索引的访问
遍历过程中不能修改集合的结构（添加或删除集合元素），否则会抛出并发修改异常ConcurrentModificationException

for循环

for循环则更加灵活，可以控制循环的初始值，终止条件和步进方式。适用于需要通过索引访问元素，或在循环中添加/删除集合中的元素

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
    System.out.println(numbers[i]);
}

什么是 Java 中的迭代器（Iterator）？

Iterator迭代器

Iterator是Java集合框架中用于遍历集合元素的接口，迭代器是的遍历不同类型的集合更加简洁，统一，提升了代码的可读性。在遍历过程中还可以添加或删除元素。比如：iterator.remove()

Iterator 迭代器采用的是快速失败（fail-fast）机制，一旦使用非Iterator的方法或其他线程修改了集合，就会导致集合的modCount和 Iterator的expectedModCount不相等，将引发ConcurrentModificationException异常
对集合使用foreach循环，本质上也是Iterator，同样不能随意修改。对数组使用foreach则会被编译成为传统的for循环

List专门提供了ListIterator方法，其返回值是一个Iterator的子接口，最明显的特点就是支持双向遍历(hasPrevious和previous)

关于集合迭代器，及其与Foreach的关系参照：Iterator