Java集合知识点（含源码）

在Java中，集合（Collection）是一种用于存储对象的数据结构，它提供了一种以更通用的方式存储和操作数据集合的方法。Java集合框架（Java Collections Framework）是一套提供了大量接口和类的体系，这些接口和类主要分为几个核心部分：集合接口（Collection interfaces）、实现（Implementations）、算法（Algorithms）和数组工具类（Array Utilities）。下面是对这几个部分的简要介绍和示例。

集合接口（Collection Interfaces）

Collection：所有单列集合的根接口。它声明了用于操作集合（如添加、删除、遍历等）的基本方法。
List：一个有序集合（也称为序列）。该接口的用户可以对列表中每个元素的插入位置进行精确控制，可以通过整数索引访问元素，并搜索元素。
Set：一个不包含重复元素的集合。它模拟了数学上的集合概念，不保证维持其元素的顺序。
Queue：一种用于在处理之前保存元素的集合。队列通常（但不一定）以先进先出的方式排序元素。
Map：一个对象映射到另一个对象的集合。它不能被分类为真正的Collection，但它是集合框架的一部分。

实现（Implementations）

Java集合框架提供了几个核心接口的具体实现：

ArrayList和LinkedList：List接口的可调整大小的数组实现和链表实现。
HashSet和TreeSet：Set接口的基于哈希表的实现和基于树的实现。
PriorityQueue：Queue接口的基于优先级堆的枚举实现。
HashMap、TreeMap和LinkedHashMap：Map接口的基于哈希表的实现、基于红黑树的实现和具有可预测迭代顺序的哈希表+链表实现。

算法（Algorithms）

Java集合框架提供了一系列算法，用于执行诸如排序和搜索等操作。这些算法作为静态方法在Collections类中提供。

数组工具类（Array Utilities）

Arrays类提供了一组静态方法，用来执行数组操作，如排序和搜索。

示例代码

这是一个简单的使用ArrayList和HashSet的例子：

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashSet;
import java.util.List;
import java.util.Set;public class CollectionExample {public static void main(String[] args) {// 使用ArrayListList<String> list = new ArrayList<>();list.add("Apple");list.add("Banana");list.add("Cherry");System.out.println("ArrayList: " + list);// 使用HashSetSet<String> set = new HashSet<>();set.add("Apple");set.add("Banana");set.add("Cherry");set.add("Apple"); // 重复元素将被忽略System.out.println("HashSet: " + set);}
}

这个示例展示了如何创建和使用ArrayList和HashSet，以及HashSet如何自动处理重复元素。类似地，你可以根据需要使用其他集合类和接口。Java集合框架非常强大，提供了大量的功能来处理集合数据。### 面试题 1: 反转链表

题目描述：给定一个单链表的头节点 head，编写一个函数来反转链表，并返回反转后的链表的头节点。

示例代码：

class ListNode {int val;ListNode next;ListNode(int x) { val = x; }
}public class ReverseLinkedList {public ListNode reverseList(ListNode head) {ListNode prev = null;ListNode current = head;while (current != null) {ListNode nextTemp = current.next;current.next = prev;prev = current;current = nextTemp;}return prev;}public static void main(String[] args) {// 示例使用// 创建链表 1 -> 2 -> 3 -> nullListNode head = new ListNode(1);head.next = new ListNode(2);head.next.next = new ListNode(3);ReverseLinkedList solution = new ReverseLinkedList();ListNode newHead = solution.reverseList(head);// 输出反转后的链表while (newHead != null) {System.out.print(newHead.val + " ");newHead = newHead.next;}}
}

面试题 2: 检查平衡二叉树

题目描述：给定一个二叉树，判断它是否是高度平衡的。对于此问题，一个高度平衡二叉树定义为一个二叉树，其中每个节点的两个子树的深度差不会超过 1。

示例代码：

class TreeNode {int val;TreeNode left;TreeNode right;TreeNode(int x) { val = x; }
}public class BalancedBinaryTree {public boolean isBalanced(TreeNode root) {if (root == null) return true;int leftHeight = height(root.left);int rightHeight = height(root.right);return Math.abs(leftHeight - rightHeight) <= 1 && isBalanced(root.left) && isBalanced(root.right);}private int height(TreeNode node) {if (node == null) return 0;return 1 + Math.max(height(node.left), height(node.right));}public static void main(String[] args) {// 示例使用TreeNode root = new TreeNode(1);root.left = new TreeNode(2);root.right = new TreeNode(2);root.left.left = new TreeNode(3);root.left.right = new TreeNode(3);root.left.left.left = new TreeNode(4);root.left.left.right = new TreeNode(4);BalancedBinaryTree solution = new BalancedBinaryTree();System.out.println("Is balanced: " + solution.isBalanced(root));}
}

面试题 3: LRU缓存机制

题目描述：设计并实现一个 LRU (最近最少使用) 缓存机制。它应该支持以下操作：获取数据 get 和写入数据 put。

获取数据 get(key) - 如果密钥 (key) 存在于缓存中，则获取密钥的值（总是正数），否则返回 -1。
写入数据 put(key, value) - 如果密钥已经存在，则变更其数据值；如果密钥不存在，则插入该组「密钥/数据值」。当缓存容量达到上限时，它应该在写入新数据之前删除最久未使用的数据值，从而为新的数据值留出空间。

示例代码：

import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;public class LRUCache extends LinkedHashMap<Integer, Integer> {private int capacity;public LRUCache(int capacity) {super(capacity, 0.75f, true);this.capacity = capacity;}public int get(int key) {return super.getOrDefault(key, -1);}public void put(int key, int value) {super.put(key, value);}@Overrideprotected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<Integer, Integer> eldest) {return size() > capacity;}public static void main(String[] args) {LRUCache cache = new LRUCache(2 /* 缓存容量 */);cache.put(1, 1);cache.put(2, 2);System.out.println(cache.get(1));       // 返回  1cache.put(3, 3);    // 该操作会使得密钥 2 作废System.out.println(cache.get(2));       // 返回 -1 (未找到)cache.put(4, 4);    // 该操作会使得密钥 1 作废System.out.println(cache.get(1));       // 返回 -1 (未找到)System.out.println(cache.get(3));       // 返回  3System.out.println(cache.get(4));       // 返回  4}
}