一招破解 Java 集合类面试题

  • 日期:08-24
  • 点击:(1302)


  千锋JAVA开发学院昨天我要分享

  image.php?url=0MrfEx67Os

  今日招式:Java集合类面试题

  Java集合类绝对是我们的老朋友了,Java技术江湖里,谁人不知,谁人不晓,它的使用率非常高,使用难度却也不大,这也导致了很多人对它不屑一顾,殊不知其中却暗藏玄机,今天我们不妨一起来破解一下Java集合类的面试题。

  面试官常用招式:

  只见面试官微微一笑,拔出长剑,向你刺来,你赶紧拔剑相迎,几招过后,你才意识到面试官使的都是虚招,只是试探你而已。

  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.Iterater和ListIterator之间有什么区别?

  (1)我们可以使用Iterator来遍历Set和List集合,而ListIterator只能遍历List。

  (2)Iterator只可以向前遍历,而LIstIterator可以双向遍历。

  (3)ListIterator从Iterator接口继承,然后添加了一些额外的功能,比如添加一个元素、替换一个元素、获取前面或后面元素的索引位置。

  3.遍历一个List有哪些不同的方式?

  ListstrList=new ArrayList;for(String obj : strList){ System.out.println(obj); }Iteratorit=strList.iterator; while(it.hasNext){ String obj=it.next; System.out.println(obj); }

  使用迭代器更加线程安全,因为它可以确保,在当前遍历的集合元素被更改的时候,它会抛出ConcurrentModificationException。

  4.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。

  5.hashCode和equals方法有何重要性?

  HashMap使用Key对象的hashCode和equals方法去决定key-value对的索引。当我们试着从HashMap中获取值的时候,这些方法也会被用到。如果这些方法没有被正确地实现,在这种情况下,两个不同Key也许会产生相同的hashCode和equals输出,HashMap将会认为它们是相同的,然后覆盖它们,而非把它们存储到不同的地方。同样的,所有不允许存储重复数据的集合类都使用hashCode和equals去查找重复,所以正确实现它们非常重要。equals和hashCode的实现应该遵循以下规则:

  (1)如果o1.equals(o2),那么o1.hashCode==o2.hashCode总是为true的。

  (2)如果o1.hashCode==o2.hashCode,并不意味着o1.equals(o2)会为true。

  6.我们能否使用任何类作为Map的key?

  我们可以使用任何类作为Map的key,然而在使用它们之前,需要考虑以下几点:

  (1)如果类重写了equals方法,它也应该重写hashCode方法。

  (2)类的所有实例需要遵循与equals和hashCode相关的规则。请参考之前提到的这些规则。

  (3)如果一个类没有使用equals,你不应该在hashCode中使用它。

  (4)用户自定义key类的最佳实践是使之为不可变的,这样,hashCode值可以被缓存起来,拥有更好的性能。不可变的类也可以确保hashCode和equals在未来不会改变,这样就会解决与可变相关的问题了。

  比如,我有一个类MyKey,在HashMap中使用它。//传递给MyKey的name参数被用于equals和hashCode中 MyKey key=new MyKey('Pankaj'); //assume hashCode=1234 myHashMap.put(key, 'Value'); // 以下的代码会改变key的hashCode和equals值 key.setName('Amit'); //assume new hashCode=7890 //下面会返回null,因为HashMap会尝试查找存储同样索引的key,而key已被改变了,匹配失败,返回null myHashMap.get(new MyKey('Pankaj'));那就是为何String和Integer被作为HashMap的key大量使用。

  7.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。

  8.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。

  9.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更容易。

  10.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。

  11.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。

  12.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。

  13.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。

  14.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。

  高手过招

  面试官见你应对自如,知道你也不是等闲之辈,于是眼神也变得专注起来,于是你们双双跃起,在空中展开厮斗,虽然面试官每一招都非常到位,但是你依然可以与之抗衡。

  1、HashMap为什么不直接使用hashCode处理后的哈希值直接作为table的下标?

  HashMap自己实现了自己的hash方法,通过两次扰动使得它自己的哈希值高低位自行进行异或运算,降低哈希碰撞概率也使得数据分布更平均;

  在保证数组长度为2的幂次方的时候,使用hash运算之后的值与运算(数组长度 - 1)来获取数组下标的方式进行存储,这样一来是比取余操作更加有效率,二来也是因为只有当数组长度为2的幂次方时,h(length-1)才等价于h%length,三来解决了“哈希值与数组大小范围不匹配”的问题;

  2、为什么数组长度要保证为2的幂次方呢?

  只有当数组长度为2的幂次方时,h(length-1)才等价于h%length,即实现了key的定位,2的幂次方也可以减少冲突次数,提高HashMap的查询效率;

  如果 length 为 2 的次幂 则 length-1 转化为二进制必定是 ……的形式,在于 h 的二进制与操作效率会非常的快,而且空间不浪费;如果 length 不是 2 的次幂,比如 length 为 15,则 length - 1 为 14,对应的二进制为 1110,在于 h 与操作,最后一位都为 0 ,而 0001,0011,0101,1001,1011,0111,1101 这几个位置永远都不能存放元素了,空间浪费相当大,更糟的是这种情况中,数组可以使用的位置比数组长度小了很多,这意味着进一步增加了碰撞的几率,减慢了查询的效率!这样就会造成空间的浪费。

  3、HashMap的put方法的具体流程?

  4、ConcurrentHashMap的具体实现知道吗?

  答:在JDK1.7中,ConcurrentHashMap采用Segment + HashEntry的方式进行实现,结构如下:

  该类包含两个静态内部类 HashEntry 和 Segment ;前者用来封装映射表的键值对,后者用来充当锁的角色; Segment 是一种可重入的锁 ReentrantLock,每个 Segment 守护一个HashEntry 数组里得元素,当对 HashEntry 数组的数据进行修改时,必须首先获得对应的 Segment 锁。

  在JDK1.8中,放弃了Segment臃肿的设计,取而代之的是采用Node + CAS + Synchronized来保证并发安全进行实现,结构如下:

  插入元素过程(建议去看看源码):

  如果相应位置的Node还没有初始化,则调用CAS插入相应的数据;

  else if ((f=tabAt(tab, i=(n - 1) hash))==null) { if (casTabAt(tab, i, null, new Node(hash, key, value, null))) break; // no lock when adding to empty bin}

  如果相应位置的Node不为空,且当前该节点不处于移动状态,则对该节点加synchronized锁,如果该节点的hash不小于0,则遍历链表更新节点或插入新节点;

  if (fh=0) { binCount=1; for (Nodee=f;; ++binCount) { K ek; if (e.hash==hash ((ek=e.key)==key || (ek !=null key.equals(ek)))) { oldVal=e.val; if (!onlyIfAbsent) e.val=value; break; } Nodepred=e; if ((e=e.next)==null) { pred.next=new Node(hash, key, value, null); break; } }}

  如果该节点是TreeBin类型的节点,说明是红黑树结构,则通过putTreeVal方法往红黑树中插入节点;如果binCount不为0,说明put操作对数据产生了影响,如果当前链表的个数达到8个,则通过treeifyBin方法转化为红黑树,如果oldVal不为空,说明是一次更新操作,没有对元素个数产生影响,则直接返回旧值; 如果插入的是一个新节点,则执行addCount方法尝试更新元素个数baseCount;

  5、HashMap的扩容操作是怎么实现的?

  答:通过分析源码我们知道了HashMap通过resize方法进行扩容或者初始化的操作,下面是对源码进行的一些简单分析:

  final Noderesize { NodeoldTab=table;// 扩容前的数组(当前数组) int oldCap=(oldTab==null) ? 0 : oldTab.length;// 扩容前的数组容量(数组长度) int oldThr=threshold;// 扩容前数组的阈值 int newCap, newThr=0;

  if (oldCap 0) { // 针对情况2:若扩容前的数组容量超过最大值,则不再扩容 if (oldCap=MAXIMUM_CAPACITY) { threshold=Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } // 针对情况2:若没有超过最大值,就扩容为原来的2倍(左移1位) else if ((newCap=oldCap 1) MAXIMUM_CAPACITY oldCap=DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) newThr=oldThr 1; // double threshold }

  // 针对情况1:初始化哈希表(采用指定或者使用默认值的方式) else if (oldThr 0) // initial capacity was placed in threshold newCap=oldThr; else { // zero initial threshold signifies using defaults newCap=DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr=(int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); }

  // 计算新的resize上限 if (newThr==0) { float ft=(float)newCap * loadFactor; newThr=(newCap MAXIMUM_CAPACITY ft (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } threshold=newThr;