JavaSE_4_集合

1、Map和ConcurrentHashMap的区别？

Map和ConcurrentHashMap的区别，Map是接口，ConcurrentHashMap是实现类

2、hashMap内部具体如何实现的？

HashMap基于哈希思想，实现对数据的读写，底层采用数组+链表实现，可以存储null键和null值，线程不安全：

• 当我们往HashMap中put元素时，先根据key的hashCode重新计算hash值，然后根据得到的hash值通过hash&(tab.length–1)计算出对应的数组下标，如果数组该位置上已经存放有其他元素了，那么新元素将以链表的形式按照头插法存入链表，如果数组该位置上没有元素，就直接将新元素放到此数组中的该位置上，当存储的链表长度大于8时会将链表转换为红黑树；（hash方法根据key的hashCode重新计算一次散列，该算法加入了高位计算，防止低位不变，高位变化时，造成的hash冲突）
• 当我们从HashMap中get元素时，先计算key的hashCode，找到数组中对应位置的某一元素，然后通过key的equals方法在对应位置的链表中找到需要的元素；
• 当HashMap中的元素越来越多的时候，hash冲突的几率也就越来越高，所以为了提高查询的效率，就要对HashMap的数组进行扩容，当HashMap中元素个数超过（数组大小*加载因子）时，就会进行数组扩容，数组大小默认值为16，加载因子默认值为0.75，把数组的大小扩展为原来的2倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设数组的合适长度能够有效的提高HashMap的性能。

3、如果HashMap的key是一个自定义的类，怎么办？

要重写equals方法和hashcode方法，以保证equals相等的对象其hashcode一定也相等。

4、ArrayList和LinkedList的区别，如果一直在list的尾部添加元素，用哪个效率高

ArrayList底层时数组实现的，LinkedList底层是双向链表实现的，ArrayList执行修改和查找的效率比较高，LinkedList执行增加和删除的效率比较高。

如果一直在list尾部增加元素，ArrayList效率更高，但是如果需要在指定位置添加元素时，LinkedList效率更高。

5、请你解释HashMap的容量为什么是2的n次幂？

• HashMap默认大小为16，又是以原大小的2倍进行扩容，所以默认情况下，HashMap的容量总是2的n次幂；
• 如果HashMap初始化大小不是2的n次幂也会自动将传入容量转换为2的n次幂，因为计算HashMap下标的求余操作（hash%length）效率不高，源码中优化成了与操作（hash&(length-1)），但是这两个操作能等价的前提是length为2的n次幂。

6、HashMap中为什么有可能产生死循环？

在单线程情况下，只有一个线程对HashMap的数据结构进行操作，是不可能产生闭合回路的，只有在多线程并发的情况下才会出现这种情况；那就是在put操作的时候，如果size>Capacity*loadFactor，那么这时候HashMap就会进行rehash操作，随之HashMap的结构就会发生翻天覆地的变化，很有可能存在两个线程在这个时候同时触发了rehash操作，产生闭合回路。

下图为单线程下的扩容过程：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

下图为两个线程并发下的扩容过程（无死循环）：

下图为两个线程并发下的扩容过程（有死循环）：

7、ConcurrentHashMap锁加在了哪些地方？

• JDK1.7中，ConcurrentHashMap采用分段锁机制，实现并发的更新操作，底层采用数组+链表的存储结构；将数组分成若干（默认16）个segment，每个segment的容量默认为16，segment继承了ReentrantLock，表明每个segment都可以当做一个锁，这样对于每个segment中的数据需要同步操作时，都是使用每个segment容器对象自身的锁来实现的，只有对全局需要改变时才锁定所有的segment（比如计算size）。
• JDK1.8中，ConcurrentHashMap抛弃了segment分段锁机制，利用CAS+Synchronized来保证并发更新的安全，底层采用数组+链表+红黑树的存储结构。

8、TreeMap底层，红黑树原理？

9、concurrenthashmap有啥优势，1.7，1.8区别？

底层采用分段数组+链表实现，线程安全；通过把整个Map分为N个Segment，可以提供相同的线程安全，但是效率提升N倍，默认提升16倍。(读操作不加锁，由于HashEntry的value变量是volatile的，能保证读取到最新的值；写操作加锁。)；ConcurrentHashMap允许多个修改操作并发进行。

在JDK1.7版本中，ConcurrentHashMap的数据结构是由一个Segment数组和多个HashEntry组成，Segment数组分割成多个小的table来进行加锁，也就是锁分离技术，而每一个Segment元素存储的是HashEntry数组+链表。

在JDK1.8版本中，摒弃了Segment的概念，而是使用Node数组+链表+红黑树的数据结构来实现，并发控制使用Synchronized和CAS来操作。

10、ArrayList是否会越界？

可能会越界，在多线程操作同一个ArrayList的时候，由于ArrayList的add()方法没有同步锁，所以多线程调用这个方法的时候，可能存在多个线程拿到相同的size值去判断需要的容量（size+1）是否大于ArrayList的容量，而执行到 elemntData[size++] = e 时却是有序的，这时，由于ensureCapacityInternal()没有适当的扩大ArrayList的容量，从而导致插入数据的长度大于ArrayList的剩余容量，于是也就抛出了越界的异常。

11、什么是TreeMap?

12、ConcurrentHashMap的原理是什么？

ConcurrentHashMap使用锁分段技术，将数据分成一段一段的存储，给每一段数据配置一把锁，当一个线程占用锁访问其中一段数据时，其他段的数据也能被其它线程访问。

ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成；Segment是一种ReentrantLock，HashEntry用于存储键值对数据，一个ConcurrentHashMap里包含一个Segment数组，Segment的结构与HashMap类似，是一种链表散列数据结构，一个 Segment包含一个HashEntry数组，每个HashEntry是一个链表结构的元素，每个Segment维护着一个HashEntry数组里的元素，当要对HashEntry的数据进行修改时，就必须先获得对应的Segement锁。

13、Java集合类框架的基本接口有哪些？

总共有两大接口：Collection和Map，一个元素集合，一个是键值对集合；其中List和Set接口继承了Collection接口，一个是有序元素集合，一个是无序元素集合；而ArrayList和LinkedList实现了List接口，HashSet实现了Set接口，这几个都比较常用；HashMap和HashTable实现了Map接口，并且HashTable是线程安全的，但是HashMap性能更好。

14、为什么集合类没有实现Cloneable和Serializable接口？

克隆或者是序列化的语义和含义是跟具体的实现相关的；因此，应该由集合类的具体实现来决定如何被克隆或者是序列化。

15、什么是迭代器？

可迭代是Java集合框架下所有集合类的一种共性，也就是把集合中的所有元素遍历一遍。

迭代器（Iterator）模式，又叫游标模式，它的含义是，提供一种方法访问一个容器对象中各个元素，而又不需要暴露该对象的内部细节；简单的说，迭代器就是一个接口，实现了该接口的类就叫做可迭代类，这些类多数时候指的就是java.util包下的集合类；java通过提供Iterator和Iterable俩个接口来实现集合类的可迭代性，迭代器主要的用法是：首先用hasNext()方法作为循环条件，再用next()方法得到每一个元素，最后在进行相关的操作。

16、Iterator和ListIterator的区别是什么？

List和Set都能通过iterator()来取得其迭代器；对List来说，也可以通过ListIterator()取得其迭代器，两种迭代器在有些时候是不能通用的，Iterator和ListIterator主要区别在以下方面：

1. ListIterator有add()方法，可以向List中添加对象，而Iterator不可以；
2. ListIterator和Iterator都有hasNext()和next()方法，可以实现顺序向后遍历，但是ListIterator有hasPrevious()和previous()方法，可以实现逆向（顺序向前）遍历，而Iterator不可以；
3. ListIterator可以定位当前的索引位置，通过nextIndex()和previousIndex()实现，而Iterator不可以；
4. 都可实现删除对象，但是ListIterator可以实现对象的修改，通过set()方法实现，而Iierator仅能遍历，不能修改。

17、快速失败(fail-fast)和安全失败(fail-safe)的区别是什么？

快速失败：在用迭代器遍历一个集合对象时，如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改（增加、删除、修改），则会抛出Concurrent Modification Exception；

• 原理：迭代器在遍历时直接访问集合中的内容，并且在遍历过程中使用一个 modCount 变量，集合在被遍历期间如果内容发生变化，就会改变modCount的值，每当迭代器使用hashNext()/next()遍历下一个元素之前，都会检测modCount变量是否为expectedmodCount值，是的话就返回遍历，否则抛出异常，终止遍历；
• 注意：这里异常的抛出条件是检测到 modCount != expectedmodCount 这个条件，如果集合发生变化时修改modCount值刚好又设置为了expectedmodCount值，则异常不会抛出，因此，不能依赖于这个异常是否抛出而进行并发操作的编程，这个异常只建议用于检测并发修改的bug；
• 场景：java.util包下的集合类都是快速失败的，不能在多线程下发生并发修改（迭代过程中被修改）。

安全失败：采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历；

• 原理：由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历，所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到，所以不会触发Concurrent Modification Exception；
• 缺点：基于拷贝内容的优点是避免了Concurrent Modification Exception，但同样地，迭代器并不能访问到修改后的内容，即：迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝，在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的；
• 场景：java.util.concurrent包下的容器都是安全失败，可以在多线程下并发使用，并发修改。

18、HashMap和Hashtable有什么区别？

• HashMap继承于AbstractMap抽象类，Hashtable继承于Dictionary字典，实现Map接口
• HashMap是非线程安全的，HashTable是线程安全的（通过synchronized实现）；
• HashMap的键和值都允许有null值存在，而HashTable则不行；
• 因为线程安全的问题，HashMap效率比HashTable的要高；
• HashMap适合于单线程环境，而Hashtable适合于多线程环境。

一般不建议使用HashTable，因为

1. HashTable是遗留类
2. 多线程环境下有同步的ConcurrentHashMap替代

19、ArrayList，Vector，LinkedList的存储性能和特性是什么？

• ArrayList和Vector都是使用数组方式存储数据，它们都允许直接按序号索引元素，但是插入元素要涉及数组元素的移动等内存操作，所以索引数据快而插入数据慢；
• Vector中的方法由于添加了synchronized修饰，因此Vector是线程安全的容器，但性能上较ArrayList差，Vector属于遗留容器，已经不推荐使用，但是由于ArrayList和LinkedListed都是非线程安全的，如果遇到多个线程操作同一个容器的场景，则可以通过工具类Collections中的synchronizedList方法将其转换成线程安全的容器后再使用（这是对装潢模式的应用，将已有对象传入另一个类的构造器中创建新的对象来增强实现）；
• LinkedList使用双向链表实现存储，这种链式存储方式与数组的连续存储方式相比，内存的利用率更高，按序号索引数据需要进行前向或后向遍历，但是插入数据时只需要记录本项的前后项即可，所以插入速度较快。

20、Collection 和 Collections的区别。

• java.util.Collection是一个集合接口，它提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法，Collection接口在Java 类库中有很多具体的实现，Collection接口的意义是为各种具体的集合提供最大化的统一操作方式，其直接继承接口有List与Set；
• java.util.Collections是一个包装类，它包含各种有关集合操作的静态方法，此类不能实例化，就像一个工具类，用于对集合中元素进行排序、搜索以及线程安全等各种操作，服务于Java的Collection框架。

21、你所知道的集合类都有哪些？主要方法？

Collection接口：

Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，Java SDK不提供直接继承自Collection的类，Java SDK提供的类都是继承自Collection的子接口，如List和Set，所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数：无参数的构造函数用于创建一个空的Collection，有一个Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection，这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素，后一个构造函数允许用户复制一个Collection，Collection支持一个iterator()的方法，该方法返回一个迭代器，使用该迭代器即可逐一访问Collection中的每一个元素；

List接口：

List是有序的Collection，可以使用索引来访问List中的元素，类似于Java的数组，List允许存放相同的元素，除了具有Collection接口必备的iterator()方法外，List还提供一个ListIterator()方法，返回一个ListIterator接口，和标准的Iterator接口相比，ListIterator允许添加，删除，设定元素，还能向前或向后遍历，实现List接口的常用类有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack；

LinkedList类：

LinkedList实现了List接口，允许null元素，LinkedList主要提供了增加、删除、修改、查找等方法，LinkedList没有同步方法，如果多个线程同时访问一个List，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(...))】；

ArrayList类：

ArrayList实现了可变大小的数组，允许null元素，ArrayList主要提供了增加、删除、修改、查找等方法，每个ArrayList实例都有一个容量（Capacity），这个容量可随着不断添加新元素而自动增加，当需要插入大量元素时，在插入前通过调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量，和LinkedList一样，ArrayList也是非同步的；

Vector类：

Vector类似ArrayList，但是Vector是同步的，由Vector创建的Iterator，和ArrayList创建的Iterator是同一接口，但是因为Vector是同步的，当一个Iterator被创建而且正在被使用时，另一个线程改变Vector的状态，这时调用Iterator的方法将抛出异常；

Stack 类：

Stack继承自Vector，实现了一个后进先出的堆栈，Stack提供了基本的push和pop方法，以及peek方法得到栈顶的元素，empty方法测试堆栈是否为空，search方法检测一个元素在堆栈中的位置，Stack刚创建后是空栈；

Set接口：

Set是一种不包含重复元素的Collection，Set最多有一个null元素，传入的Collection参数不能包含重复的元素；

Map接口：

Map提供key到value的映射，一个Map中不能包含相同的key，每个key只能映射一个value；

Hashtable类：

Hashtable继承Map接口，实现了一个key-value映射的哈希表，任何非空（non-null）的对象都可作为key或value，添加数据使用put(key, value)，取出数据使用get(key)，要同时重写equals方法和hashCode方法，Hashtable是同步的；

HashMap类：

HashMap和Hashtable类似，不同之处在于HashMap是非同步的，并且允许null元素；

WeakHashMap类：

WeakHashMap是一种改进的HashMap，它对key实行弱引用，如果一个key不再被外部所引用，那么该key可以被GC回收。

22、List、Set、Map是否继承自Collection接口？

List和Set继承了Collection接口，Map没有继承Collection接口。

23、List、Map、Set三个接口存取元素时，各有什么特点？

存放时：

• List以特定的索引来存放元素（有顺序的存放），可以有重复的元素；
• Set存放元素是无序的，而且不可重复；
• Map保存键值对的映射，映射关系可以是一对一或者多对一，需要注意的是，键无序不可重复，值可重复；

取出时：

• List取出元素可通过for循环，foreach循环和Iterator迭代器迭代；
• Set取出元素可通过foreach循环，Iterator迭代器迭代；
• Map取出元素需要转换为keySet或者entrySet，然后进行Iterator迭代器迭代或者foreach循环。

et 和List 都继承了Conllection