Java核心技术及面试指南 线性表方面的面试题总结以及答案

3.2.7.1 请用ArrayList实现Stack以及Queue的功能。

public class ArrayListStack extends ArrayList implements Stack {
    ArrayList arrayList =new ArrayList<>() ;
    public void push(T obj) {
       arrayList.add(obj);
    }
    public T pop() {
        return arrayList.remove(arrayList.size()-1);
    }

public int size(){

return arrayList.size();

}
}

3.2.7.2 如果让你实现Java的ArrayList，你需要考虑哪些要素？

ArrayList是基于数组实现的，是一个动态数组，其容量能自动增长，类似于C语言中的动态申请内存，动态增长内存。

ArrayList实现了Serializable接口，因此它支持序列化，能够通过序列化传输，实现了RandomAccess接口，支持快速随机访问，实际上就是通过下标序号进行快速访问，实现了Cloneable接口，能被克隆。

每个ArrayList实例都有一个容量，该容量是指用来存储列表元素的数组的大小。它总是至少等于列表的大小。随着向ArrayList中不断添加元素，其容量也自动增长。自动增长会带来数据向新数组的重新拷贝，因此，如果可预知数据量的多少，可在构造ArrayList时指定其容量。在添加大量元素前，应用程序也可以使用ensureCapacity操作来增加ArrayList实例的容量，这可以减少递增式再分配的数量。 
   注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个ArrayList实例，而其中至少一个线程从结构上修改了列表，那么它必须保持外部同步。

ArrayList提供了三种方式的构造器，可以构造一个默认初始容量为10的空列表、构造一个指定初始容量的空列表以及构造一个包含指定collection的元素的列表，这些元素按照该collection的迭代器返回它们的顺序排列的。

ArrayList提供了set(int index, E element)、add(E e)、add(int index, E element)、addAll(Collection<? extends E> c)、addAll(int index, Collection<? extends E> c)这些添加元素的方法。

每当向数组中添加元素时，都要去检查添加后元素的个数是否会超出当前数组的长度，如果超出，数组将会进行扩容，以满足添加数据的需求。数组扩容通过一个公开的方法ensureCapacity(int minCapacity)来实现。在实际添加大量元素前，我也可以使用ensureCapacity来手动增加ArrayList实例的容量，以减少递增式再分配的数量。

数组进行扩容时，会将老数组中的元素重新拷贝一份到新的数组中，每次数组容量的增长大约是其原容量的1.5倍。这种操作的代价是很高的，因此在实际使用时，我们应该尽量避免数组容量的扩张。当我们可预知要保存的元素的多少时，要在构造ArrayList实例时，就指定其容量，以避免数组扩容的发生。或者根据实际需求，通过调用ensureCapacity方法来手动增加ArrayList实例的容量。

Fail-Fast机制： 
ArrayList也采用了快速失败的机制，通过记录modCount参数来实现。在面对并发的修改时，迭代器很快就会完全失败，而不是冒着在将来某个不确定时间发生任意不确定行为的风险。

3.2.7.3 请通过Iterator对象访问LinkedList对象，并说明这种访问方式的好处。

LinkedList  list =  new LinkedList();

//省略赋值
  ListIterator it = list.listIterator();
  while(it.hasNext()) { 
   System.out.println(it.next().toString()); //使用  
  }

好处是，能用统一的方式来访问集合对象，这也是迭代器模式的好处。

3.2.7.4 你有没有读过ArrayList部分的底层实现源代码？如果有，请说明下其中的add方法是如何实现的？尤其请考虑动态扩展的情况。

如下是扩容的底层方法

/**
* 增加ArrayList容量。
*
* @param minCapacity 想要的最小容量
*/
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
    // 如果elementData等于DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，最小扩容量为DEFAULT_CAPACITY，否则为0
    int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)? 0: DEFAULT_CAPACITY;
    //如果想要的最小容量大于最小扩容量，则使用想要的最小容量。
    if (minCapacity > minExpand) {
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }
}
/**
* 数组容量检查，不够时则进行扩容，只供类内部使用。
*
* @param minCapacity 想要的最小容量
*/
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    // 若elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA，则取minCapacity为DEFAULT_CAPACITY和参数minCapacity    之间的最大值
    if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
        minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
    }

ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
/**
* 数组容量检查，不够时则进行扩容，只供类内部使用
*
* @param minCapacity 想要的最小容量
*/
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;

// 确保指定的最小容量 > 数组缓冲区当前的长度
    if (minCapacity - elementData.length > 0)
    //扩容
    grow(minCapacity);
}

/**
* 分派给arrays的最大容量
* 为什么要减去8呢？
* 因为某些VM会在数组中保留一些头字，尝试分配这个最大存储容量，可能会导致array容量大于VM的limit，最终导致OutOfMemoryError。
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

/**
* 扩容，保证ArrayList至少能存储minCapacity个元素
* 第一次扩容，逻辑为newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);即在原有的容量基础上增加一半。第一次扩容后，如果容量还是小于minCapacity，就将容量扩充为minCapacity。
*
* @param minCapacity 想要的最小容量
*/
private void grow(int minCapacity) {
    // 获取当前数组的容量
    int oldCapacity = elementData.length;
    // 扩容。新的容量=当前容量+当前容量/2.即将当前容量增加一半。
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    //如果扩容后的容量还是小于想要的最小容量
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        //将扩容后的容量再次扩容为想要的最小容量
        newCapacity = minCapacity;
    //如果扩容后的容量大于临界值，则进行大容量分配
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
     // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
    elementData = Arrays.copyOf(elementData,newCapacity);
}
/**
* 进行大容量分配
*/
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
    //如果minCapacity<0，抛出异常
    if (minCapacity < 0) // overflow
        throw new OutOfMemoryError();
    //如果想要的容量大于MAX_ARRAY_SIZE，则分配Integer.MAX_VALUE，否则分配MAX_ARRAY_SIZE
    return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?Integer.MAX_VALUE :MAX_ARRAY_SIZE;
}

3.2.7.5 请说下Collection和Collections的差别以及各自的用途。

Collections 是一个集合的一个类，其中包含有一些和集合操作相关的静态多态方法。Jave集合里则有另外一个和它非常相似的接口

Collection（不带s），它是线性表类集合的父接口，List和Set等接口都是通过实现这个接口来实现的。

3.2.7.6 我们知道Set对象里不能有重复的元素，请说下是用什么方法来判断是否重复？是通过equals方法吗？

请参与本书3.2.3 Set集合是如何判断重复，里面有详细的描述