Java 集合面试题

面试题 Java 集合

1.Java 集合框架是什么？说出集合框架的优点？

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。

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：

• 使用核心集合类降低开发成本，而非实现自己的集合类。
• 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。
• 通过使用 JDK 附带的集合类，可以降低代码维护成本。
• 复用性和可操作性。

2.集合框架中的泛型有什么优点？

Java1.5 引入了泛型，所有的集合接口和实现都大量地使用它。

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

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

泛型也使得代码整洁，不需要使用显式转换和 instanceOf 操作符。

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。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。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）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：

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

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，假如想要遍历顺序，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，如果寻求在迭代的时候修改 Map，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，假如需要对一个有序的 key 集合进行遍历，TreeMap 是更好的选择。基于 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，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，如果寻求在迭代的时候对列表进行改变，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，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，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，可以选择需要使用的 Comparator 来对给定的对象集合进行排序。

29.如何对一组对象进行排序？

如果需要对一个对象数组进行排序，可以使用 Arrays.sort() 方法。如果需要排序一个对象列表，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，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。

更新: 2021-03-04 10:40:46
原文: <https://www.yuque.com/fcant/notes/ubs30b&gt;