40个Java Collections面试问答

Java Collections Framework是Java编程语言的基本方面。这是Java面试问题的重要主题之一。在这里，我列出了Java集合框架的一些重要问题和解答。

什么是Java Collections Framework？列出Collections框架的一些好处？
集合框架中泛型的好处是什么？
Java Collections Framework的基本接口是什么？
为什么Collection不扩展Cloneable和Serializable接口？
为什么Map界面不扩展Collection界面？
什么是迭代器？
Enumeration和Iterator接口之间有什么区别？
为什么没有像Iterator.add（）这样的方法将元素添加到集合中？
为什么Iterator没有不移动光标就直接获取下一个元素的方法？
Iterator和ListIterator有什么区别？
有哪些不同的方法可以遍历列表？
您对迭代器快速失败属性有什么了解？
快速故障和故障安全之间有何区别？
如何在迭代集合时避免ConcurrentModificationException？
为什么没有Iterator接口的具体实现？
什么是UnsupportedOperationException？
HashMap如何在Java中工作？
hashCode（）和equals（）方法的重要性是什么？
我们可以使用任何类作为Map键吗？
Map界面提供哪些不同的Collection视图？
HashMap和Hashtable有什么区别？
如何在HashMap和TreeMap之间进行选择？
ArrayList和Vector有什么异同？
Array和ArrayList有什么区别？什么时候在ArrayList上使用Array？
ArrayList和LinkedList有什么区别？
哪些集合类提供对其元素的随机访问？
什么是EnumSet？
哪些集合类是线程安全的？
什么是并发集合类？
什么是BlockingQueue？
什么是队列和堆栈，列出它们的区别？
什么是收藏课？
什么是可比和比较器界面？
Comparable和Comparator接口之间有什么区别？
我们如何排序对象列表？
在将Collection作为参数传递给函数时，我们如何确保该函数将无法对其进行修改？
我们如何从给定的集合中创建一个同步的集合？
Collections Framework中实现了哪些常见算法？
什么是Big-O表示法？举一些例子？
与Java Collections Framework相关的最佳实践是什么？

Java Collections面试问题答案

列出Collections框架的一些好处？

每种编程语言都使用集合，并且最初的Java版本包含几个集合类： Vector ， Stack ， Hashtable和Array 。但是从更大的范围和用法来看，Java 1.2提出了Collections Framework，该框架将所有collections接口，实现和算法分组。 Java集合通过使用泛型和并发集合类进行线程安全操作已经走了很长一段路。它还包括在Java并发包中的阻塞接口及其实现。收款框架的一些好处是：
- 通过使用核心集合类而不是实现我们自己的集合类来减少开发工作。
- 通过使用经过良好测试的集合框架类，可以提高代码质量。
- 通过使用JDK附带的收集类，减少了代码维护工作。
- 可重用性和互操作性
集合框架中泛型的好处是什么？

Java 1.5带有泛型，所有集合接口和实现都大量使用它。泛型允许我们提供集合可以包含的Object的类型，因此，如果您尝试添加其他类型的任何元素，则会引发编译时错误。这样可以避免在运行时发生ClassCastException，因为您将在编译时收到错误。由于我们不需要使用强制转换和instanceof运算符，因此泛型也使代码更干净。由于不会生成进行类型检查的字节码指令，因此它还可以增加运行时的收益。
Java Collections Framework的基本接口是什么？

集合是集合层次结构的根。集合表示一组称为其元素的对象。 Java平台不提供此接口的任何直接实现。

Set是一个不能包含重复元素的集合。此接口对数学集合的抽象进行建模，并用于表示集合，例如纸牌组。

List是一个有序的集合，可以包含重复的元素。您可以从索引中访问任何元素。列表更像是具有动态长度的数组。

映射是将键映射到值的对象。映射不能包含重复的键：每个键最多可以映射到一个值。

其他一些接口是Queue ， Dequeue ， Iterator ， SortedSet ， SortedMap和ListIterator 。
为什么Collection不扩展Cloneable和Serializable接口？

集合接口指定一组称为元素的对象。元素的维护方式取决于Collection的具体实现。例如，某些Collection实现（例如List）允许重复元素，而其他实现（例如Set）则不允许重复元素。许多Collection实现都有公共克隆方法。但是，将其包含在Collection的所有实现中并没有任何意义。这是因为Collection是抽象表示。重要的是实施。
在处理实际实现时，克隆或序列化的语义及其含义都会发挥作用。因此具体的实现应决定如何克隆或序列化它，甚至可以对其进行克隆或序列化。因此，在所有实现中强制进行克隆和序列化实际上不太灵活，而且限制更大。具体实现应决定是否可以克隆或序列化。
为什么Map界面不扩展Collection界面？

尽管Map接口及其实现是Collections Framework的一部分，但Map不是集合，集合也不是Map。因此，Map扩展Collection是没有意义的，反之亦然。
如果Map扩展了Collection接口，那么元素在哪里？ Map包含键值对，并且提供了一些方法来检索键或值的列表作为Collection，但它不适合“元素组”范式。
什么是迭代器？

迭代器接口提供了对任何Collection进行迭代的方法。我们可以使用迭代器方法从Collection中获取迭代器实例。在Java Collections Framework中，迭代器代替了枚举。迭代器允许调用者在迭代过程中从基础集合中删除元素。
Enumeration和Iterator接口之间有什么区别？

枚举的速度是Iterator的两倍，并且使用的内存更少。枚举是非常基本的，适合基本需求。但是，与Enumeration相比，Iterator安全得多，因为它始终拒绝其他线程修改被其迭代的集合对象。
在Java Collections Framework中，迭代器代替了枚举。迭代器允许调用者从基础集合中删除Enumeration无法实现的元素。迭代器方法名称已得到改进，以使其功能更清晰。
为什么没有像Iterator.add（）这样的方法将元素添加到集合中？

考虑到Iterator的约定不保证迭代顺序，语义尚不清楚。但是请注意，ListIterator确实提供了添加操作，因为它确实保证了迭代的顺序。
为什么Iterator没有不移动光标就直接获取下一个元素的方法？

它可以在当前Iterator接口的顶部实现，但由于很少使用，因此将其包含在每个人都必须实现的接口中没有意义。
Iterator和ListIterator有什么区别？
- 我们可以使用Iterator遍历Set和List集合，而ListIterator只能与Lists一起使用。
- 迭代器只能向前移动，而ListIterator可以用于两个方向。
- ListIterator继承自Iterator接口，并具有其他功能，例如添加元素，替换元素，获取上一个和下一个元素的索引位置。
有哪些不同的方法可以遍历列表？

我们可以通过两种不同的方式遍历列表-使用迭代器和使用for-each循环。
```
List<String> strList = new ArrayList<>();//using for-each loopfor(String obj : strList){System.out.println(obj);}//using iteratorIterator<String> it = strList.iterator();while(it.hasNext()){String obj = it.next();System.out.println(obj);}
```
使用迭代器更加线程安全，因为它可以确保如果基础列表元素被修改，它将抛出ConcurrentModificationException 。
您对迭代器快速失败属性有什么了解？

每当我们尝试获取下一个元素时，迭代器fail-fast属性都会检查基础集合的结构是否有任何修改。如果找到任何修改，则抛出ConcurrentModificationException 。除了并行并发类（例如ConcurrentHashMap和CopyOnWriteArrayList）之外，Collection类中Iterator的所有实现在设计上都是快速失败的。
快速故障和故障安全之间有何区别？

Iterator故障安全属性可与基础集合的克隆一起使用，因此不受集合中任何修改的影响。按照设计， java.util包中的所有收集类都是快速失败的，而java.util.concurrent中的收集类是故障安全的。快速故障迭代器会抛出ConcurrentModificationException，而安全故障迭代器绝不会抛出ConcurrentModificationException。检查这篇文章中的CopyOnWriteArrayList示例。
如何在迭代集合时避免ConcurrentModificationException？

我们可以使用并发集合类来避免在迭代集合时发生ConcurrentModificationException ，例如，使用CopyOnWriteArrayList而不是ArrayList。
在这篇文章中查看ConcurrentHashMap示例。
为什么没有Iterator接口的具体实现？

迭代器接口声明了用于迭代集合的方法，但是其实现是Collection实现类的责任。每个返回遍历迭代器的集合类都有其自己的Iterator实现嵌套类。
这使集合类可以选择迭代器是快速失败还是故障安全的。例如，ArrayList迭代器是快速失败的，而CopyOnWriteArrayList迭代器是故障安全的。
什么是UnsupportedOperationException？

UnsupportedOperationException是用于指示不支持该操作的异常。它在JDK类中得到了广泛使用，在集合框架java.util.Collections.UnmodifiableCollection ，所有add和remove操作都会抛出此异常。
HashMap如何在Java中工作？

HashMap将键值对存储在Map.Entry静态嵌套类实现中。 HashMap使用哈希算法，并在put和get方法中使用hashCode（）和equals（）方法。当我们通过传递键值对来调用put方法时，HashMap使用带有哈希的Key hashCode（）来找出存储密钥的索引-值对。该条目存储在LinkedList中，因此，如果已经存在条目，则使用equals（）方法检查传递的键是否已经存在，如果是，它将覆盖该值，否则它将创建一个新条目并存储此键值条目当我们通过传递Key调用get方法时，它再次使用hashCode（）在数组中查找索引，然后使用equals（）方法找到正确的Entry并返回其值。下图将清楚地解释这些细节。

有关HashMap的其他重要信息是容量，负载因子，阈值大小调整。 HashMap的初始默认容量为32，负载系数为0.75。阈值是容量乘以负载因子，每当我们尝试添加条目时，如果映射大小大于阈值，则HashMap会将映射的内容重新映射为容量更大的新数组。容量始终是2的幂，因此，如果您知道需要存储大量键值对，例如在从数据库缓存数据时，最好使用正确的容量和负载因子来初始化HashMap。
hashCode（）和equals（）方法的重要性是什么？

HashMap使用Key对象的hashCode（）和equals（）方法来确定放置键值对的索引。当我们尝试从HashMap中获取价值时，也会使用这些方法。如果这些方法的实现不正确，则两个不同的Key可能会产生相同的hashCode（）和equals（）输出，在这种情况下，不是将其存储在不同的位置，HashMap会将它们视为相同并覆盖它们。要存储重复数据，请使用hashCode（）和equals（）查找重复数据，因此正确实现重复数据非常重要。 equals（）和hashCode（）的实现应遵循以下规则。
- 如果o1.equals(o2) ，则o1.hashCode() == o2.hashCode()应始终为true 。
- 如果o1.hashCode() == o2.hashCode为true，则并不意味着o1.equals(o2)为true 。
我们可以使用任何类作为Map键吗？ 我们可以将任何类用作Map Key，但是在使用它们之前应考虑以下几点。
- 如果该类重写equals（）方法，则它也应该重写hashCode（）方法。
- 对于所有实例，该类应遵循与equals（）和hashCode（）关联的规则。这些规则请参考前面的问题。
- 如果equals（）中未使用类字段，则不应在hashCode（）方法中使用它。
- 用户定义的键类的最佳实践是使其不可变，以便可以将hashCode（）值缓存起来以提高性能。不可变的类还确保hashCode（）和equals（）将来不会更改，这将解决任何可变性问题。
  例如，假设我有一个用于MyHashMap键的类MyKey 。
```
//MyKey name argument passed is used for equals() and hashCode()
MyKey key = new MyKey('Pankaj'); //assume hashCode=1234
myHashMap.put(key, 'Value');// Below code will change the key hashCode() and equals()
// but it's location is not changed.
key.setName('Amit'); //assume new hashCode=7890//below will return null, because HashMap will try to look for key
//in the same index as it was stored but since key is mutated, 
//there will be no match and it will return null.
myHashMap.get(new MyKey('Pankaj'));
```
  这就是为什么String和Integer大多用作HashMap键的原因。
Map界面提供哪些不同的Collection视图？

Map界面提供了三个集合视图：
- Set keySet（）：返回此映射中包含的键的Set视图。该集合由地图支持，因此对地图的更改会反映在集合中，反之亦然。如果在对集合进行迭代时修改了映射（通过迭代器自己的remove操作除外），则迭代的结果不确定。该集合支持元素删除，该元素通过Iterator.remove，Set.remove，removeAll，retainAll和clear操作从映射中删除相应的映射。它不支持add或addAll操作。
- Collection values（）：返回此映射中包含的值的Collection视图。集合由地图支持，因此对地图的更改会反映在集合中，反之亦然。如果在对集合进行迭代时修改了映射（通过迭代器自己的remove操作除外），则迭代的结果是不确定的。集合支持元素删除，该元素通过Iterator.remove，Collection.remove，removeAll，retainAll和clear操作从映射中删除相应的映射。它不支持add或addAll操作。
- Set <Map.Entry <K，V >> entrySet（） ：返回此映射中包含的映射的Set视图。该集合由地图支持，因此对地图的更改会反映在集合中，反之亦然。如果在进行集合迭代时修改了映射（除非通过迭代器自己的remove操作或通过迭代器返回的映射条目上的setValue操作），则迭代的结果是不确定的。该集合支持元素删除，该元素通过Iterator.remove，Set.remove，removeAll，retainAll和clear操作从映射中删除相应的映射。它不支持add或addAll操作。
HashMap和Hashtable有什么区别？

HashMap和Hashtable都实现了Map接口，外观相似，但是HashMap和Hashtable之间存在以下区别。
- HashMap允许空键和值，而Hashtable不允许空键和值。
- Hashtable已同步，但HashMap未同步。因此HashMap更适合单线程环境，而Hashtable适合多线程环境。
- LinkedHashMap是Java 1.4中作为HashMap的子类引入的，因此，如果需要迭代顺序，则可以轻松地从HashMap切换到LinkedHashMap，但是对于Hashtable而言，情况并非如此，其迭代顺序是不可预测的。
- HashMap提供了要迭代的键集，因此它是快速失败的，但是Hashtable提供了不支持此功能的键枚举。
- Hashtable被认为是旧类，如果在迭代时要查找Map的修改，则应使用ConcurrentHashMap。
如何在HashMap和TreeMap之间进行选择？

为了在Map中插入，删除和定位元素，HashMap提供了最佳选择。但是，如果需要按排序顺序遍历键，则TreeMap是更好的选择。根据集合的大小，向HashMap中添加元素，然后将地图转换为TreeMap以进行排序的键遍历可能更快。
ArrayList和Vector有什么异同？

ArrayList和Vector在许多方面都是相似的类。
- 两者均基于索引，并由内部数组进行备份。
- 两者都保持插入顺序，我们可以按插入顺序获得元素。
- ArrayList和Vector的迭代器实现在设计上都是快速失败的。
- ArrayList和Vector都允许空值和使用索引号随机访问元素。
这些是ArrayList和Vector之间的区别。
- 向量已同步，而ArrayList未同步。但是，如果要在迭代时查找列表的修改，则应使用CopyOnWriteArrayList。
- ArrayList比Vector更快，因为它没有任何开销，因为同步。
- ArrayList更具通用性，因为我们可以使用Collections实用程序类从其中轻松获取同步列表或只读列表。
什么时候在ArrayList上使用Array？

数组可以包含原语或对象，而ArrayList只能包含对象。
数组是固定大小的，而ArrayList是动态的。
数组没有提供ArrayList之类的许多功能，例如addAll，removeAll，迭代器等。虽然ArrayList是我们处理列表时的明显选择，但很少有数组可以很好地使用。
- 如果列表的大小是固定的，并且主要用于存储和遍历它们。
- 对于原始数据类型的列表，尽管Collections使用自动装箱来减少编码工作，但是在处理固定大小的原始数据类型时，它仍然使它们变慢。
- 如果您正在处理固定的多维情况，则使用[] []远比List <List <>>更容易
ArrayList和LinkedList有什么区别？

ArrayList和LinkedList都实现List接口，但是它们之间有一些区别。
- ArrayList是由Array支持的基于索引的数据结构，因此它提供对元素的随机访问，性能为O（1），但LinkedList将数据存储为节点列表，每个节点都链接到其上一个和下一个节点。因此，即使有一种使用索引获取元素的方法，在内部它也会从开始遍历到索引节点，然后返回该元素，因此性能为O（n）比ArrayList慢。
- 与ArrayList相比，LinkedList中元素的插入，添加或删除要快于ArrayList，因为在中间添加元素时没有调整数组大小或更新索引的概念。
- LinkedList比ArrayList消耗更多的内存，因为LinkedList中的每个节点都存储上一个和下一个元素的引用。
哪些集合类提供对其元素的随机访问？

ArrayList，HashMap，TreeMap，Hashtable类提供对其元素的随机访问。下载java collections pdf了解更多信息。
什么是EnumSet？

java.util.EnumSet是设置实现以用于枚举类型。枚举集中的所有元素都必须来自创建集时明确或隐式指定的单个枚举类型。 EnumSet不同步，并且不允许使用null元素。它还提供了一些有用的方法，例如copyOf（Collection c），of（E first，E…rest）和complementOf（EnumSet s）。请查看此文章以获取Java枚举教程。
哪些集合类是线程安全的？

Vector，Hashtable，Properties和Stack是同步类，因此它们是线程安全的，可以在多线程环境中使用。 Java 1.5 Concurrent API包含一些集合类，这些类允许在迭代时修改集合，因为它们在集合的克隆上起作用，因此可以在多线程环境中安全使用。
什么是并发集合类？

Java 1.5并发包（ java.util.concurrent ）包含线程安全的集合类，这些类允许在迭代时修改集合。通过设计迭代器是快速失败的，并抛出ConcurrentModificationException。这些类中的一些是CopyOnWriteArrayList ， ConcurrentHashMap ， CopyOnWriteArraySet 。阅读这些文章以更详细地了解它们。
- 避免ConcurrentModificationException
- CopyOnWriteArrayList示例
- HashMap与ConcurrentHashMap
什么是BlockingQueue？

java.util.concurrent.BlockingQueue是一个Queue，它支持以下操作：在检索和删除元素时等待队列变为非空，在添加元素时等待队列中的空间变为可用。BlockingQueue接口是其中的一部分java collections框架，它主要用于实现生产者使用者问题。我们不需要担心在BlockingQueue中等待生产者或对象对消费者可用的空间，因为它由BlockingQueue的实现类处理.Java提供了几种BlockingQueue实现，例如ArrayBlockingQueue，LinkedBlockingQueue，PriorityBlockingQueue，SynchronousQueue等。
查看此帖子，了解使用BlockingQueue解决生产者－消费者问题。
什么是队列和堆栈，列出它们的区别？

队列和堆栈都用于存储数据，然后再处理它们。 java.util.Queue是一个接口，其实现类存在于Java并发包中。队列允许按照先进先出（FIFO）的顺序检索元素，但情况并非总是如此。还有一个Deque接口，该接口允许从队列的两端检索元素。
堆栈类似于队列，不同之处在于堆栈允许按后进先出（LIFO）顺序检索元素。
堆栈是扩展Vector的类，而Queue是接口。
什么是收藏课？

java.util.Collections是一个实用工具类，仅由对集合进行操作或返回集合的静态方法组成。它包含对集合进行操作的多态算法，“包装器”，这些包装器返回由指定集合支持的新集合，以及其他一些零碎的东西。此类包含集合框架算法的方法，例如二进制搜索，排序，改组，反向等
什么是可比和比较器界面？

Java提供了Comparable接口，如果我们想使用Arrays或Collections排序方法，则可以由任何自定义类实现。可比接口具有compareTo（T obj）方法，该方法由排序方法使用。如果“此”对象小于，等于或大于作为参数传递的对象，则应以使其返回负整数，零或正整数的方式重写此方法。但是，在大多数现实情况中，我们希望根据不同的参数进行排序。例如，作为首席执行官，我想根据薪水对员工进行分类，而人力资源则想根据年龄对员工进行分类。在这种情况下，我们需要使用Comparator接口，因为Comparable.compareTo(Object o)方法实现只能基于一个字段进行排序，而我们无法选择要对compare(Object o1, Object o2)进行排序的字段.Comparator接口compare(Object o1, Object o2)方法需要采用两个Object参数，必须以这样的方式实现：如果第一个参数小于第二个参数，则返回负int；如果相等则返回零；如果第一个参数等于正数，则返回正int参数大于第二个参数。

检查此帖子以了解使用Comparable和Comparator接口对对象进行排序。
Comparable和Comparator接口之间有什么区别？

Comparable和Comparator接口用于对对象的集合或数组进行排序。Comparable接口用于对对象进行自然排序，我们可以使用它来基于单个逻辑进行排序。
比较器接口用于提供不同的排序算法，我们可以选择要用于比较给定对象集合的比较器。
我们如何排序对象列表？

如果需要对对象数组进行排序，则可以使用Arrays.sort() 。如果需要对对象列表进行排序，则可以使用Collections.sort() 。这两个类都具有重载的sort（）方法，用于自然排序（使用Comparable）或基于条件的排序（使用Comparator）。集合内部使用数组排序方法，因此两者的性能相同，只是集合需要一些时间才能将列表转换为数组。
在将Collection作为参数传递给函数时，我们如何确保该函数将无法对其进行修改？

我们可以使用Collections.unmodifiableCollection(Collection c)方法创建一个只读集合，然后再将其作为参数传递，这将确保任何更改集合的操作都将抛出UnsupportedOperationException 。
我们如何从给定的集合中创建一个同步的集合？

我们可以使用Collections.synchronizedCollection(Collection c)来获取指定集合支持的同步（线程安全）集合。
Collections Framework中实现了哪些常见算法？

Java Collections Framework提供了常用的算法实现，例如排序和搜索。集合类包含这些方法实现。这些算法大多数都可以在List上使用，但是其中一些算法适用于所有类型的集合。其中一些是排序，搜索，混排，最小-最大值。
举一些例子？

Big-O表示法根据数据结构中元素的数量来描述算法的性能。由于Collection类实际上是数据结构，因此我们通常倾向于使用Big-O表示法根据时间，内存和性能来选择要使用的collection实现。示例1：ArrayList get(index i)是一个恒定时间的操作，并且不会t取决于列表中元素的数量。因此，它在Big-O表示法中的性能为O（1）。
示例2：对数组或列表性能的线性搜索为O（n），因为我们需要搜索整个元素列表以找到该元素。
与Java Collections Framework相关的最佳实践是什么？
- 根据需要选择正确的集合类型，例如，如果大小固定，我们可能要在ArrayList上使用Array。如果必须按插入顺序遍历Map，则需要使用TreeMap。如果我们不希望重复，则应使用Set。
- 一些收集类允许指定初始容量，因此，如果我们估计要存储的元素数量，则可以使用它来避免重新哈希或调整大小。
- 根据接口而不是实现来编写程序，它使我们可以在以后的时间轻松更改实现。
- 始终将泛型用于类型安全，并在运行时避免ClassCastException。
- 使用JDK提供的不可变类作为Map中的键，以避免为我们的自定义类实现hashCode（）和equals（）。
- 尽可能将Collections实用程序类用于算法或获取只读，同步或空的Collection，而不是编写自己的实现。它将以更高的稳定性和较低的可维护性来增强代码重用。