Java集合面试题

引言

Java集合框架是Java编程中不可或缺的一部分，它提供了一系列用于存储和操作对象的接口和类。在Java面试中，集合框架的相关知识往往是必考的内容。本文将汇总一系列关于Java集合的面试题，帮助求职者更好地准备面试。

一、Java集合框架概述

1. Java集合框架是什么？

Java集合框架（Java Collections Framework）是Java提供的一套用于存储和操作对象的统一架构。它包含了一组接口、类和算法，用于表示和操作集合，如列表（List）、集合（Set）、映射（Map）等。

2. Java集合框架的优点有哪些？

• 降低开发成本：使用核心集合类可以减少开发时间。
• 提高代码质量：集合框架类经过严格测试，使用它们可以提高代码质量。
• 降低维护成本：JDK附带的集合类减少了代码维护的工作量。
• 复用性和可操作性：集合框架提供了丰富的接口和实现类，方便复用和操作。

二、常用集合类及其特点

1. List接口及其实现类

1.1 ArrayList与LinkedList的区别

• 底层数据结构：ArrayList基于动态数组实现，LinkedList基于双向链表实现。
• 随机访问：ArrayList的随机访问效率高，LinkedList的随机访问效率低。
• 插入和删除：LinkedList在插入和删除元素时效率较高，ArrayList在插入和删除元素时可能需要移动大量元素，效率较低。

1.2 Vector类的特点

Vector类与ArrayList类似，也是基于动态数组实现的，但它是线程安全的，所有方法都经过synchronized关键字修饰。不过，由于线程安全带来的性能开销，Vector类的使用频率较低。

2. Set接口及其实现类

2.1 HashSet与TreeSet的区别

• 底层实现：HashSet基于哈希表实现，TreeSet基于红黑树实现。
• 元素排序：HashSet不保证元素的顺序，TreeSet对元素进行自然排序或根据提供的Comparator进行排序。
• 性能：HashSet在插入、删除和查找元素时速度较快，TreeSet由于需要维护元素的排序顺序，性能稍低。

3. Map接口及其实现类

3.1 HashMap与Hashtable的区别

• 线程安全：HashMap是线程不安全的，Hashtable是线程安全的。
• null键和值：HashMap允许null键和null值（但null键只能有一个），Hashtable不允许null键和null值。
• 初始容量和扩容机制：HashMap的默认初始容量为16，扩容时容量为原来的2倍；Hashtable的默认初始容量为11，扩容时容量为原来的2n+1。

3.2 ConcurrentHashMap的特点

ConcurrentHashMap是线程安全的Map实现类，它在JDK 1.8之后采用了数组+链表/红黑树的数据结构，并通过CAS和synchronized机制保证线程安全。与Hashtable相比，ConcurrentHashMap在并发性能上有了显著提升。

三、集合操作与算法

1. 如何实现数组和List之间的转换？

• 数组转List：可以使用Arrays.asList方法。
• List转数组：可以使用List接口的toArray方法。

2. 集合的排序与搜索

• 排序：可以使用Collections.sort方法对List进行排序，或者使用Arrays.sort方法对数组进行排序。
• 搜索：可以使用Collections.binarySearch方法对已排序的List进行二分搜索。

3. 集合的线程安全问题

• 线程安全的集合类：如Vector、Hashtable、ConcurrentHashMap等。
• 非线程安全的集合类：如ArrayList、LinkedList、HashMap等。在多线程环境下使用时，需要手动进行同步处理。

四、面试题实战

1. ArrayList与LinkedList的底层数据结构是什么？它们各自适用于哪些场景？

• 底层数据结构：ArrayList基于动态数组实现，LinkedList基于双向链表实现。
• 适用场景：ArrayList适用于需要频繁随机访问元素的场景；LinkedList适用于需要频繁插入和删除元素的场景。

2. HashSet是如何保证元素唯一性的？

HashSet通过计算元素的hashCode值来确定元素在哈希表中的存储位置，并使用equals方法来判断两个元素是否相等。如果两个元素的hashCode值相同且equals方法返回true，则HashSet认为它们是相同的元素，不会重复添加。

3. HashMap的扩容机制是怎样的？

HashMap在存储元素时，如果当前容量不足以容纳新元素，则会进行扩容。扩容时，容量会变为原来的2倍，并将原有元素重新哈希到新的哈希表中。

4. ConcurrentHashMap在JDK 1.8之后为什么舍弃了分段锁？

在JDK 1.8之前，ConcurrentHashMap采用分段锁机制来保证线程安全。然而，分段锁在竞争同一个锁的概率较小时会造成效率浪费。因此，在JDK 1.8之后，ConcurrentHashMap摒弃了分段锁的概念，采用了数组+链表/红黑树的数据结构，并通过CAS和synchronized机制来保证线程安全。

5. 迭代器Iterator和ListIterator有什么区别？

• 遍历范围：Iterator可以遍历Set和List集合，而ListIterator只能遍历List集合。
• 遍历方向：Iterator只支持单向遍历，而ListIterator支持双向遍历。
• 额外功能：ListIterator实现了Iterator接口，并添加了一些额外功能，如添加元素、替换元素、获取前面或后面元素的索引位置等。