大公司最喜歡問的java集合類面試題

看了一些所謂大公司的JAVA面試問題，發現對於JAVA集合類的使用都比較看重似的，而自己在這方面還真的是所真甚少，抽空也學習學習吧。

java.util套件中包含了一系列重要的集合類，而對於集合類，主要需要掌握的就是它的內部結構，以及遍歷集合的迭代模式。

介面：Collection

Collection是最基本的集合接口，一個Collection代表一組Object，即Collection的元素（Elements）。有些Collection允許相同的元素而有些不行。有些能排序而有些不行。 Java SDK不提供直接繼承自Collection的類，Java SDK提供的類別都是繼承自Collection的「子介面」如List和Set。

所有實作Collection介面的類別都必須提供兩個標準的建構子：無參數的建構子用來建立一個空的Collection，有一個Collection參數的建構子用來建立一個新的Collection，這個新的Collection與傳入的Collection有相同的元素。後一個建構函式允許使用者複製一個Collection。

主要的一個介面方法：boolean add(Ojbect c)
雖然回傳的是boolean，但不是表示增加成功與否，這個回傳值表示的意義是add()執行後，集合的內容是否改變了（就是元素的數量、位置等有無變化）。類似的addAll，remove，removeAll，remainAll也是一樣的。

用Iterator模式實作遍歷集合

Collection有一個重要的方法：iterator()，傳回一個Iterator（迭代器），用於遍歷集合的所有元素。 Iterator模式可以把存取邏輯從不同的集合類別中抽象化出來，以避免向客戶端揭露集合的內部結構。典型的用法如下：

Iterator it = collection.iterator(); // 获得一个迭代器
while(it.hasNext()) {
    Object obj = it.next(); // 得到下一个元素
}

 

不需要維護遍歷集合的“指標”，所有的內部狀態都由Iterator來維護，而這個Iterator由集合類別透過工廠方法產生。

每一種集合類別返回的Iterator具體類型可能不同，但它們都實現了Iterator接口，因此，我們不需要關心到底是哪種Iterator，它只需要獲得這個Iterator接口即可，這就是接口的好處，面向對象的威力。

要確保遍歷過程順利完成，必須保證遍歷過程中不更改集合的內容（Iterator的remove()方法除外），所以，確保遍歷可靠的原則是：只在一個線程中使用這個集合，或者在多執行緒中對遍歷程式碼進行同步。

由Collection介面派生的兩個介面是List和Set。

List介面

List是有序的Collection，使用此介面能夠精確的控制每個元素插入的位置。使用者能夠使用索引（元素在List中的位置，類似於陣列下標）來存取List中的元素，這類似於Java的陣列。和下面要提到的Set不同，List允許有相同的元素。

除了具有Collection接口必備的iterator()方法外，List還提供一個listIterator()方法，返回一個ListIterator接口，和標準的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之類的方法，允許添加，刪除，設定元素，還能向前或向後遍歷。

實作List介面的常用類別有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

LinkedList類別

LinkedList實作了List接口，允許null元素。另外LinkedList提供額外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。這些操作使LinkedList可被用作堆疊（stack），佇列（queue）或雙向佇列（deque）。

注意LinkedList沒有同步方法。如果多個執行緒同時存取一個List，則必須自行實作存取同步。一種解決方法是在建立List時建構一個同步的List：
List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(…));

ArrayList類別

ArrayList實作了可變大小的陣列。它允許所有元素，包括null。 ArrayList沒有同步。
size，isEmpty，get，set方法運行時間為常數。但是add方法開銷為分攤的常數，增加n個元素需要O(n)的時間。其他的方法運行時間為線性。

每個ArrayList實例都有一個容量（Capacity），即用於儲存元素的陣列的大小。這個容量可隨著不斷添加新元素而自動增加，但是成長演算法並沒有定義。當需要插入大量元素時，在插入前可以呼叫ensureCapacity方法來增加ArrayList的容量以提高插入效率。

和LinkedList一樣，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。

Vector類別

Vector非常類似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector創建的Iterator，雖然和ArrayList創建的Iterator是同一接口，但是，因為Vector是同步的，當一個Iterator被創建而且正在被使用，另一個線程改變了Vector的狀態（例如，添加或刪除了一些元素），這時呼叫Iterator的方法時將拋出ConcurrentModificationException，因此必須捕獲該異常。

Stack 類別

Stack繼承自Vector，實作一個後進先出的堆疊。 Stack提供5個額外的方法使得Vector得以被當作堆疊使用。基本的push和pop方法，還有peek方法得到棧頂的元素，empty方法測試堆疊是否為空，search方法檢測一個元素在堆疊中的位置。 Stack剛建立後是空棧。

Set介面

Set是一種不包含重複的元素的Collection，即任意的兩個元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一個null元素。

很明顯，Set的建構子有一個限制條件，傳入的Collection參數不能包含重複的元素。

請注意：必須小心操作可變物件（Mutable Object）。如果一個Set中的可變元素改變了自身狀態導致Object.equals(Object)=true將會導致一些問題。

Map介面

請注意，Map沒有繼承Collection接口，Map提供key到value的映射。一個Map中不能包含相同的key，每個key只能對應一個value。 Map介面提供3種集合的視圖，Map的內容可以當作一組key集合，一組value集合，或是一組key-value映射。

Hashtable類別

Hashtable繼承Map接口，實作一個key-value映射的雜湊表。任何非空（non-null）的物件都可作為key或value。

新增資料使用put(key, value)，取出資料使用get(key)，這兩個基本運算的時間開銷為常數。

Hashtable透過initial capacity和load factor兩個參數調整效能。通常缺省的load factor 0.75較好地實現了時間和空間的均衡。增加load factor可以節省空間但相應的查找時間將增加，這會影響像get和put這樣的操作。

使用Hashtable的簡單示例如下，將1，2，3放到Hashtable中，他們的key分別是”one”，”two”，”three”：
Hashtable numbers = new Hashtable();
numbers.put (“one”, new Integer(1));
numbers.put(“two”, new Integer(2));
numbers.put(“three”, new Integer(3));

要取出一個數，例如2，用對應的key：
Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);
System.out.println(“two = ” + n);

由於作為key的物件將透過計算其雜湊函數來確定與之對應的value的位置，因此任何作為key的物件都必須實作hashCode和equals方法。 hashCode和equals方法繼承自根類別Object，如果你用自訂的類別當作key的話，要相當小心，按照雜湊函數的定義，如果兩個物件相同，即obj1.equals(obj2)=true，則它們的hashCode必須相同，但如果兩個物件不同，則它們的hashCode不一定不同，如果兩個不同物件的hashCode相同，這種現象稱為衝突，衝突會導致操作雜湊表的時間開銷增大，所以盡量定義好的hashCode()方法，能加快雜湊表的操作。

如果相同的物件有不同的hashCode，對雜湊表的操作會出現意想不到的結果（期待的get方法傳回null），要避免這種問題，只需要牢記一條：要同時複寫equals方法和hashCode方法，而不要只寫其中一個。

Hashtable是同步的。

HashMap類

HashMap和Hashtable類似，不同之處在於HashMap是非同步的，並且允許null，即null value和null key。 ，但是將HashMap視為Collection時（values()方法可傳回Collection），其迭代器操作時間開銷和HashMap的容量成比例。因此，如果迭代操作的效能相當重要的話，不要將HashMap的初始化容量設得太高，或是load factor過低。

WeakHashMap類

WeakHashMap是一種改進的HashMap，它對key實行“弱引用”，如果一個key不再被外部所引用，那麼該key可以被GC回收。

總結

如果涉及到堆疊，隊列等操作，應該考慮用List，對於需要快速插入，刪除元素，應該使用LinkedList，如果需要快速隨機存取元素，應該使用ArrayList。

如果程式在單執行緒環境中，或存取僅在一個執行緒中進行，考慮非同步的類，其效率較高，如果多個執行緒可能同時操作一個類，應該使用同步的類別。

要特別注意對雜湊表的操作，作為key的物件要正確複寫equals和hashCode方法。

盡量返回介面而非實際的類型，例如返回List而非ArrayList，這樣如果以後需要將ArrayList換成LinkedList時，客戶端程式碼就不用改變。這就是針對抽象程式。