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面试必备:30 个 Java 集合面试问题及答案

Java技术栈 2018-11-13

Java技术栈

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Java集合框架为Java编程语言的基础,也是Java面试中很重要的一个知识点。这里,我列出了一些关于Java集合的重要问题和答案。


1.Java集合框架是什么?说出一些集合框架的优点?


每种编程语言中都有集合,最初的Java版本包含几种集合类:Vector、Stack、HashTable和Array。


随着集合的广泛使用,Java1.2提出了囊括所有集合接口、实现和算法的集合框架。在保证线程安全的情况下使用泛型和并发集合类,Java已经经历了很久。它还包括在Java并发包中,阻塞接口以及它们的实现。


集合框架的部分优点如下:

(1)使用核心集合类降低开发成本,而非实现我们自己的集合类。

(2)随着使用经过严格测试的集合框架类,代码质量会得到提高。

(3)通过使用JDK附带的集合类,可以降低代码维护成本。

(4)复用性和可操作性。


2.集合框架中的泛型有什么优点?


1.Java1.5引入了泛型,所有的集合接口和实现都大量地使用它。

2.泛型允许我们为集合提供一个可以容纳的对象类型,因此,如果你添加其它类型的任何元素,它会在编译时报错。

3.这避免了在运行时出现ClassCastException,因为你将会在编译时得到报错信息。

4.泛型也使得代码整洁,我们不需要使用显式转换和instanceOf操作符。

5.它也给运行时带来好处,因为不会产生类型检查的字节码指令。


3.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。


4.为何Collection不从Cloneable和Serializable接口继承?


Collection接口指定一组对象,对象即为它的元素。如何维护这些元素由Collection的具体实现决定。例如,一些如List的Collection实现允许重复的元素,而其它的如Set就不允许。


很多Collection实现有一个公有的clone方法。然而,把它放到集合的所有实现中也是没有意义的。这是因为Collection是一个抽象表现。重要的是实现。


当与具体实现打交道的时候,克隆或序列化的语义和含义才发挥作用。所以,具体实现应该决定如何对它进行克隆或序列化,或它是否可以被克隆或序列化。点击这里一文学会序列化。


在所有的实现中授权克隆和序列化,最终导致更少的灵活性和更多的限制。特定的实现应该决定它是否可以被克隆和序列化。点击这里一文学会序列化。


5.为何Map接口不继承Collection接口?


尽管Map接口和它的实现也是集合框架的一部分,但Map不是集合,集合也不是Map。因此,Map继承Collection毫无意义,反之亦然。


如果Map继承Collection接口,那么元素去哪儿?Map包含key-value对,它提供抽取key或value列表集合的方法,但是它不适合“一组对象”规范。


6.Iterator是什么?


Iterator接口提供遍历任何Collection的接口。我们可以从一个Collection中使用迭代器方法来获取迭代器实例。迭代器取代了Java集合框架中的Enumeration。迭代器允许调用者在迭代过程中移除元素。


7.Enumeration和Iterator接口的区别?


Enumeration的速度是Iterator的两倍,也使用更少的内存。Enumeration是非常基础的,也满足了基础的需要。但是,与Enumeration相比,Iterator更加安全,因为当一个集合正在被遍历的时候,它会阻止其它线程去修改集合。


迭代器取代了Java集合框架中的Enumeration。迭代器允许调用者从集合中移除元素,而Enumeration不能做到。为了使它的功能更加清晰,迭代器方法名已经经过改善。


8.为何没有像Iterator.add()这样的方法,向集合中添加元素?


语义不明,已知的是,Iterator的协议不能确保迭代的次序。然而要注意,ListIterator没有提供一个add操作,它要确保迭代的顺序。


9.为何迭代器没有一个方法可以直接获取下一个元素,而不需要移动游标?


它可以在当前Iterator的顶层实现,但是它用得很少,如果将它加到接口中,每个继承都要去实现它,这没有意义。


10.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。


11.通过迭代器fail-fast属性,你明白了什么?


每次我们尝试获取下一个元素的时候,Iterator fail-fast属性检查当前集合结构里的任何改动。如果发现任何改动,它抛出ConcurrentModificationException。Collection中所有Iterator的实现都是按fail-fast来设计的(ConcurrentHashMap和CopyOnWriteArrayList这类并发集合类除外)。


12.fail-fast与fail-safe有什么区别?


Iterator的fail-fast属性与当前的集合共同起作用,因此它不会受到集合中任何改动的影响。Java.util包中的所有集合类都被设计为fail-fast的,

而java.util.concurrent中的集合类都为fail-safe的。


Fall—fast迭代器抛出ConcurrentModificationException,

fall—safe迭代器从不抛出ConcurrentModificationException。


13.在迭代一个集合的时候,如何避免?


ConcurrentModificationException?

在遍历一个集合的时候我们可以使用并发集合类来避免ConcurrentModificationException,比如使用CopyOnWriteArrayList,而不是ArrayList。


14.为何Iterator接口没有具体的实现?


Iterator接口定义了遍历集合的方法,但它的实现则是集合实现类的责任。每个能够返回用于遍历的Iterator的集合类都有它自己的Iterator实现内部类。


这就允许集合类去选择迭代器是fail-fast还是fail-safe的。比如,ArrayList迭代器是fail-fast的,而CopyOnWriteArrayList迭代器是fail-safe的。


15.UnsupportedOperationException是什么?


UnsupportedOperationException是用于表明操作不支持的异常。在JDK类中已被大量运用,在集合框架java.util.Collections.UnmodifiableCollection将会在所有add和remove操作中抛出这个异常。


16.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。点击这里一文搞懂它们之间的关系。


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。


17.Map接口提供了哪些不同的集合视图?


Map接口提供三个集合视图:


1)Set keyset():返回map中包含的所有key的一个Set视图。集合是受map支持的,map的变化会在集合中反映出来,反之亦然。当一个迭代器正在遍历一个集合时,若map被修改了(除迭代器自身的移除操作以外),迭代器的结果会变为未定义。集合支持通过Iterator的Remove、Set.remove、removeAll、retainAll和clear操作进行元素移除,从map中移除对应的映射。

它不支持add和addAll操作。


2)Collection values():返回一个map中包含的所有value的一个Collection视图。这个collection受map支持的,map的变化会在collection中反映出来,反之亦然。当一个迭代器正在遍历一个collection时,若map被修改了(除迭代器自身的移除操作以外),迭代器的结果会变为未定义。集合支持通过Iterator的Remove、Set.remove、removeAll、retainAll和clear操作进行元素移除,从map中移除对应的映射。它不支持add和addAll操作。


3)Set<Map.Entry<K,V>> entrySet():返回一个map钟包含的所有映射的一个集合视图。这个集合受map支持的,map的变化会在collection中反映出来,反之亦然。当一个迭代器正在遍历一个集合时,若map被修改了(除迭代器自身的移除操作,以及对迭代器返回的entry进行setValue外),迭代器的结果会变为未定义。集合支持通过Iterator的Remove、Set.remove、removeAll、retainAll和clear操作进行元素移除,从map中移除对应的映射。它不支持add和addAll操作。


18.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。


19.如何决定选用HashMap还是TreeMap?


对于在Map中插入、删除和定位元素这类操作,HashMap是最好的选择。然而,假如你需要对一个有序的key集合进行遍历,TreeMap是更好的选择。基于你的collection的大小,也许向HashMap中添加元素会更快,将map换为TreeMap进行有序key的遍历。


20.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。


21.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<List<>>更容易。


22.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。


23.哪些集合类提供对元素的随机访问?


ArrayList、HashMap、TreeMap和HashTable类提供对元素的随机访问。


24.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。点击这里一文搞懂问什么线程不安全。


25.并发集合类是什么?


Java1.5并发包(java.util.concurrent)包含线程安全集合类,允许在迭代时修改集合。迭代器被设计为fail-fast的,会抛出ConcurrentModificationException。一部分类为:CopyOnWriteArrayList、 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArraySet。


26.队列和栈是什么,列出它们的区别?


栈和队列两者都被用来预存储数据。java.util.Queue是一个接口,它的实现类在Java并发包中。队列允许先进先出(FIFO)检索元素,但并非总是这样。Deque接口允许从两端检索元素。栈与队列很相似,但它允许对元素进行后进先出(LIFO)进行检索。Stack是一个扩展自Vector的类,而Queue是一个接口。


27.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。


28.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。


29.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。


30.当一个集合被作为参数传递给一个函数时,如何才可以确保函数不能修改它?


在作为参数传递之前,我们可以使用Collections.unmodifiableCollection(Collection c)方法创建一个只读集合,

这将确保改变集合的任何操作都会抛出UnsupportedOperationException。

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