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【Java核心技术/基础】30道Java集合框架面试题及答案

news 2025/10/6 15:57:17

Java集合框架30道核心面试题与答案

1. Java集合框架的主要组成部分是什么？

答案：

Collection接口：List、Set、Queue
Map接口：HashMap、TreeMap等
工具类：Collections、Arrays

2. List、Set、Map的区别？

答案：

List：有序、可重复，通过索引访问
Set：无序、不可重复
Map：键值对存储，键不可重复

3. ArrayList和LinkedList的区别？

答案：

ArrayList：基于动态数组，随机访问快(O(1))，插入删除慢(O(n))
LinkedList：基于双向链表，随机访问慢(O(n))，插入删除快(O(1))

4. HashMap的工作原理？

答案：

基于数组+链表/红黑树实现
通过hashCode()计算桶位置
使用equals()解决哈希冲突
JDK8后当链表长度>8时转为红黑树

5. HashMap和HashTable的区别？

答案：

HashMap：线程不安全，允许null键值，效率高
HashTable：线程安全，不允许null键值，效率低

6. ConcurrentHashMap的实现原理？

答案：

JDK7：分段锁(Segment)
JDK8：CAS + synchronized锁单个桶
更好的并发性能

7. HashSet的实现原理？

答案：

基于HashMap实现
元素存储在HashMap的key中
value使用固定的Object对象

8. 如何保证集合的线程安全？

答案：

使用Collections.synchronizedXXX()包装
使用ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等
使用Vector、HashTable(不推荐)

9. Comparable和Comparator的区别？

答案：

Comparable：自然排序，实现compareTo()方法
Comparator：定制排序，实现compare()方法

// Comparable示例
class Person implements Comparable<Person> {public int compareTo(Person other) {return this.name.compareTo(other.name);}
}// Comparator示例
Comparator<Person> byAge = (p1, p2) -> p1.getAge() - p2.getAge();

10. fail-fast和fail-safe机制？

答案：

fail-fast：快速失败，检测到并发修改抛出ConcurrentModificationException
fail-safe：安全失败，在副本上操作，不抛出异常

11. ArrayList的扩容机制？

答案：

初始容量10
扩容公式：newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)
即每次扩容为原来的1.5倍

12. HashMap的扩容机制？

答案：

默认初始容量16，负载因子0.75
当元素数量 > 容量 × 负载因子时扩容
扩容为原来的2倍：newCap = oldCap << 1

13. TreeMap和HashMap的区别？

答案：

HashMap：基于哈希表，无序，O(1)时间复杂度
TreeMap：基于红黑树，按键排序，O(log n)时间复杂度

14. 如何选择List的实现类？

答案：

查询多：ArrayList
增删多：LinkedList
线程安全：CopyOnWriteArrayList

15. Iterator和ListIterator的区别？

答案：

Iterator：单向遍历，可删除元素
ListIterator：双向遍历，可增删改元素

16. 如何实现集合的排序？

答案：

// 自然排序
Collections.sort(list);// 定制排序
Collections.sort(list, comparator);// Stream API排序
list.stream().sorted().collect(Collectors.toList());

17. Arrays.asList()的注意事项？

答案：

返回的List大小固定，不能增删
修改数组会影响List，反之亦然
基本类型数组会被当作单个元素

18. Collection和Collections的区别？

答案：

Collection：集合接口
Collections：集合工具类

19. 什么是弱哈希映射(WeakHashMap)？

答案：

当键对象没有其他引用时，会被垃圾回收器回收
适用于缓存场景

20. LinkedHashMap的特点？

答案：

保持插入顺序或访问顺序
通过双向链表维护顺序
可用于实现LRU缓存

21. CopyOnWriteArrayList的原理？

答案：

写时复制，写操作在副本上进行
读操作无锁，适合读多写少场景
写操作加锁，保证线程安全

22. PriorityQueue的实现原理？

答案：

基于二叉堆实现
可自然排序或定制排序
队首元素总是优先级最高的

23. 如何避免ConcurrentModificationException？

答案：

使用Iterator的remove()方法
使用并发集合类
遍历时不修改集合

24. EnumSet和EnumMap的特点？

答案：

EnumSet：专为枚举设计的高效Set
EnumMap：专为枚举设计的高效Map
性能优于普通集合

25. 什么是IdentityHashMap？

答案：

使用==而不是equals()比较键
允许键重复(如果不是同一对象)
特殊场景使用

26. 集合的遍历方式有哪些？

答案：

// 1. for循环
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {}// 2. 增强for循环
for (String item : list) {}// 3. Iterator
Iterator<String> it = list.iterator();// 4. forEach
list.forEach(item -> {});// 5. Stream
list.stream().forEach(item -> {});

27. 如何实现LRU缓存？

答案：

class LRUCache<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {private final int capacity;public LRUCache(int capacity) {super(capacity, 0.75f, true);this.capacity = capacity;}@Overrideprotected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) {return size() > capacity;}
}

28. 集合的线程安全方案比较？

答案：

synchronizedXXX：粗粒度锁，性能较差
ConcurrentHashMap：细粒度锁，性能较好
CopyOnWriteArrayList：读无锁，写复制，适合读多写少

29. Stream API在集合中的应用？

答案：

List<String> result = list.stream().filter(s -> s.startsWith("A")).map(String::toUpperCase).sorted().collect(Collectors.toList());

30. 如何设计不可变集合？

答案：

// JDK9之前
List<String> list = Collections.unmodifiableList(new ArrayList<>());// JDK9+
List<String> list = List.of("a", "b", "c");
Set<String> set = Set.of("a", "b");
Map<String, String> map = Map.of("key", "value");