Java集合面試問題與答案總結

1.Java集合框架是什麼？說出一些集合框架的優點？

每種程式語言都有集合，最初的Java版本包含幾個集合類別：Vector、Stack、HashTable和Array。隨著集合的廣泛使用，Java1.2提出了囊括所有集合介面、實作和演算法的集合框架。在確保線程安全的情況下使用泛型和並發集合類，Java已經經歷了很長時間。它還包括在Java並發包中，阻塞介面以及它們的實作。集合架構的部分優點如下：

（1）使用核心集合類別降低開發成本，而非實作我們自己的集合類別。

（2）隨著使用經過嚴格測試的集合框架類，程式碼品質會提高。

（3）透過使用JDK附帶的集合類，可以降低程式碼維護成本。

（4）復用性和可操作性。

2.集合架構中的泛型有什麼優點？

Java1.5引進了泛型，所有的集合介面和實作都大量使用它。泛型允許我們為集合提供一個可以容納的物件類型，因此，如果你添加其它類型的任何元素，它會在編譯時報錯。這避免了在運行時出現ClassCastException，因為你將會在編譯時得到報錯資訊。泛型也使得程式碼整潔，我們不需要使用明確轉換和instanceOf運算子。它也為運行時帶來好處，因為不會產生類型檢查的字節碼指令。

3.Java集合框架的基礎介面有哪些？

Collection為集合層級的根介面。一個集合代表一組對象，這些對象就是它的元素。 Java平台不提供這個介面任何直接的實作。

Set是一個不能包含重複元素的集合。這個介面對數學集合抽象進行建模，被用來代表集合，就如一副牌。

List是一個有序集合，可以包含重複元素。你可以透過它的索引來存取任何元素。 List更像長度動態變換的陣列。

Map是一個將key對應到value的物件.一個Map不能包含重複的key：每個key最多只能映射一個value。

一些其它的介面有Queue、Dequeue、SortedSet、SortedMap和ListIterator。

4.為何Collection不從Cloneable和Serializable介面繼承？

Collection介面指定一組對象，對象即為它的元素。如何維護這些元素由Collection的具體實現決定。例如，一些如List的Collection實作允許重複的元素，而其它的如Set就不允許。很多Collection實作有一個公有的clone方法。然而，把它放到集合的所有實現中也是沒有意義的。這是因為Collection是一個抽象表現。重要的是實現。

當與具體實作打交道的時候，克隆或序列化的語意和意義才發揮作用。所以，具體實現應該決定如何對它進行克隆或序列化，或者它是否可以被克隆或序列化。

在所有的實作中授權克隆和序列化，最終導致更少的靈活性和更多的限制。特定的實作應該決定它是否可以被克隆和序列化。

5.為何Map介面不繼承Collection介面？

儘管Map介面和它的實作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繼承Collection毫無意義，反之亦然。

如果Map繼承Collection接口，那麼元素去哪？ Map包含key-value對，它提供抽取key或value清單集合的方法，但它不適合「一組物件」規範。

6.Iterator是什麼？

Iterator介面提供遍歷任何Collection的介面。我們可以從一個Collection中使用迭代器方法來取得迭代器實例。迭代器取代了Java集合框架中的Enumeration。迭代器允許呼叫者在迭代過程中移除元素。

7.Enumeration和Iterator介面的差別？

Enumeration的速度是Iterator的兩倍，也使用更少的記憶體。 Enumeration是非常基礎的，也滿足了基礎的需要。但是，與Enumeration相比，Iterator更加安全，因為當一個集合正在被遍歷的時候，它會阻止其它線程去修改集合。

迭代器取代了Java集合框架中的Enumeration。迭代器允許呼叫者從集合中移除元素，而Enumeration不能做到。為了使它的功能更加清晰，迭代器方法名稱已經經過改善。

8.為何沒有像Iterator.add()這樣的方法，在集合中加入元素？

語意不明，已知的是，Iterator的協定不能確保迭代的次序。然而要注意，ListIterator並沒有提供一個add操作，它要確保迭代的順序。

9.為何迭代器沒有一個方法可以直接取得下一個元素，而不需要移動遊標？

它可以在目前Iterator的頂層實現，但是它用得很少，如果將它加到介面中，每個繼承都要去實現它，這沒有意義。

10.Iterater和ListIterator有什麼差別？

（1）我們可以使用Iterator來遍歷Set和List集合，而ListIterator只能遍歷List。

（2）Iterator只可以向前遍歷，而LIstIterator可以雙向遍歷。

（3）ListIterator從Iterator介面繼承，然後增加了一些額外的功能，例如新增一個元素、取代一個元素、取得前面或後面元素的索引位置。

11.遍歷一個List有哪些不同的方式？

List<String> strList = new ArrayList<>();
//使用for-each循环
for(String obj : strList){
     System.out.println(obj);
}
//using iterator
Iterator<String> it = strList.iterator();
while(it.hasNext()){
     String obj = it.next();
     System.out.println(obj);
}

使用迭代器更加線程安全，因為它可以確保，在當前遍歷的集合元素被更改的時候，它會拋出ConcurrentModificationException。

12.透過迭代器fail-fast屬性，你明白了什麼？

每次我們嘗試取得下一個元素的時候，Iterator fail-fast屬性會檢查目前集合結構裡的任何變更。如果發現任何改動，它會拋出ConcurrentModificationException。 Collection中所有Iterator的實作都是按fail-fast來設計的（ConcurrentHashMap和CopyOnWriteArrayList這類並發集合類別除外）。

13.fail-fast與fail-safe有什麼不同？

Iterator的fail-fast屬性與目前的集合共同作用，因此它不會受到集合中任何改變的影響。 Java.util套件中的所有集合類別都被設計為fail-fast的，而java.util.concurrent中的集合類別都為fail-safe的。 Fail-fast迭代器會拋出ConcurrentModificationException，而fail-safe迭代器從不拋出ConcurrentModificationException。

14.在迭代一個集合的時候，如何避免ConcurrentModificationException？

在遍歷一個集合的時候，我們可以使用並發集合類別來避免ConcurrentModificationException，例如使用CopyOnWriteArrayList，而不是ArrayList。

15.為何Iterator介面沒有具體的實作？

Iterator介面定義了遍歷集合的方法，但它的實作則是集合實作類別的責任。每個能夠傳回用於遍歷的Iterator的集合類別都有它自己的Iterator實作內部類別。

這就允許集合類別去選擇迭代器是fail-fast還是fail-safe的。例如，ArrayList迭代器是fail-fast的，而CopyOnWriteArrayList迭代器是fail-safe的。

16.UnsupportedOperationException是什麼？

UnsupportedOperationException是用來表示操作不支援的例外。在JDK類別中已被大量運用，在集合框架java.util.Collections.UnmodifiableCollection將會在所有add和remove操作中拋出這個異常。

17.在Java中，HashMap是如何運作的？

HashMap在Map.Entry靜態內部類別實作中儲存key-value對。 HashMap使用哈希演算法，在put和get方法中，它使用hashCode()和equals()方法。當我們透過傳遞key-value對呼叫put方法的時候，HashMap使用Key hashCode()和雜湊演算法來找出儲存key-value對的索引。 Entry儲存在LinkedList中，所以如果存在entry，它使用equals()方法來檢查傳遞的key是否已經存在，如果存在，它會覆寫value，如果不存在，它會建立一個新的entry然後儲存。當我們透過傳遞key呼叫get方法時，它再次使用hashCode()來找到數組中的索引，然後使用equals()方法找出正確的Entry，然後傳回它的值。下面的圖片解釋了詳細內容。

其它關於HashMap比較重要的問題是容量、負載係數和閥值調整。 HashMap預設的初始容量是32，負載係數是0.75。閥值是為負載係數乘以容量，無論何時我們嘗試添加一個entry，如果map的大小比閥值大的時候，HashMap會對map的內容進行重新哈希，並且使用更大的容量。容量總是2的冪，所以如果你知道你需要儲存大量的key-value對，例如快取從資料庫裡面拉取的數據，使用正確的容量和負載係數對HashMap進行初始化是個不錯的做法。

18.hashCode()和equals()方法有何重要性？

HashMap使用Key物件的hashCode()和equals()方法去決定key-value對的索引。當我們試著從HashMap中取得值的時候，這些方法也會被用到。如果這些方法沒有被正確地實現，在這種情況下，兩個不同Key也許會產生相同的hashCode()和equals()輸出，HashMap將會認為它們是相同的，然後覆蓋它們，而不是把它們儲存到不同的地方。同樣的，所有不允許儲存重複資料的集合類別都使用hashCode()和equals()去查找重複，所以正確實作它們非常重要。 equals()和hashCode()的實作應該遵循以下規則：

（1）如果o1.equals(o2)，那麼o1.hashCode() == o2.hashCode()總是為true的。

（2）如果o1.hashCode() == o2.hashCode()，并不意味着o1.equals(o2)会为true。

19.我们能否使用任何类作为Map的key？

我们可以使用任何类作为Map的key，然而在使用它们之前，需要考虑以下几点：

（1）如果类重写了equals()方法，它也应该重写hashCode()方法。

（2）类的所有实例需要遵循与equals()和hashCode()相关的规则。请参考之前提到的这些规则。

（3）如果一个类没有使用equals()，你不应该在hashCode()中使用它。

（4）用户自定义key类的最佳实践是使之为不可变的，这样，hashCode()值可以被缓存起来，拥有更好的性能。不可变的类也可以确保hashCode()和equals()在未来不会改变，这样就会解决与可变相关的问题了。

比如，我有一个类MyKey，在HashMap中使用它。

//传递给MyKey的name参数被用于equals()和hashCode()中
MyKey key = new MyKey('Pankaj'); //assume hashCode=1234
myHashMap.put(key, 'Value');
// 以下的代码会改变key的hashCode()和equals()值
key.setName('Amit'); //assume new hashCode=7890
//下面会返回null，因为HashMap会尝试查找存储同样索引的key，而key已被改变了，匹配失败，返回null
myHashMap.get(new MyKey('Pankaj'));

那就是为何String和Integer被作为HashMap的key大量使用。

20.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）Set44bf986331d5d9c3931140ad55669b0c> 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。

21.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。

22.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。

23.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。

24.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沒有提供ArrayList那麼多功能，像是addAll、removeAll和iterator等。儘管ArrayList明顯是更好的選擇，但也有些時候Array比較好用。

（1）如果清單的大小已經指定，大部分情況下是儲存和遍歷它們。

（2）對於遍歷基本資料類型，儘管Collections使用自動裝箱來減輕編碼任務，在指定大小的基本類型的清單上工作也會變得很慢。

（3）如果你要使用多維數組，使用[][]比List658a6c8c8956eca63df9b922e1300853>更容易。

25.ArrayList和LinkedList有何不同？

ArrayList和LinkedList兩者都實作了List接口，但是它們之間有些不同。

（1）ArrayList是由Array所支持的基於一個索引的數據結構，所以它提供對元素的隨機訪問，複雜度為O(1)，但LinkedList存儲一系列的節點數據，每個節點都與前一個和下一個節點連接。所以，儘管有使用索引取得元素的方法，內部實作是從起始點開始遍歷，遍歷到索引的節點然後回傳元素，時間複雜度為O(n)，比ArrayList慢。

（2）與ArrayList相比，在LinkedList中插入、新增和刪除一個元素會更快，因為在一個元素被插入到中間的時候，不會涉及改變陣列的大小，或更新索引。

（3）LinkedList比ArrayList消耗更多的內存，因為LinkedList中的每個節點都儲存了前後節點的引用。

26.哪些集合類別提供對元素的隨機存取？

ArrayList、HashMap、TreeMap和HashTable類別提供對元素的隨機存取。

27.EnumSet是什麼？

java.util.EnumSet是使用枚舉類型的集合實作。當集合建立時，枚舉集合中的所有元素必須來自單一指定的枚舉類型，可以是顯示的或隱示的。 EnumSet是不同步的，不允許值為null的元素。它也提供了一些有用的方法，例如copyOf(Collection c)、of(E first,E…rest)和complementOf(EnumSet s)。

28.哪些集合類別是執行緒安全的？

Vector、HashTable、Properties和Stack是同步類，所以它們是執行緒安全的，可以在多執行緒環境下使用。 Java1.5並發API包括一些集合類，允許迭代時修改，因為它們都工作在集合的克隆上，所以它們在多線程環境中是安全的。

29.並發集合類別是什麼？

Java1.5並發套件（java.util.concurrent）包含執行緒安全集合類，允許在迭代時修改集合。迭代器被設計為fail-fast的，會拋出ConcurrentModificationException。一部分類為：CopyOnWriteArrayList、 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArraySet。

30.BlockingQueue是什麼？

Java.util.concurrent.BlockingQueue是一個佇列，在進行檢索或移除一個元素的時候，它會等待佇列變成非空；當在新增一個元素時，它會等待佇列中的可用空間。 BlockingQueue介面是Java集合框架的一部分，主要用於實作生產者-消費者模式。我們不需要擔心等待生產者有可用的空間，或消費者有可用的對象，因為它都在BlockingQueue的實作類別中被處理了。 Java提供了集中BlockingQueue的實現，例如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue,、SynchronousQueue等。

31.佇列和堆疊是什麼，列出它們的差異？

堆疊和佇列兩者都被用來預先儲存資料。 java.util.Queue是一個接口，它的實作類別在Java並發包中。佇列允許先進先出（FIFO）檢索元素，但並非總是如此。 Deque介面允許從兩端檢索元素。

堆疊與佇列很相似，但它允許對元素進行後進先出（LIFO）進行檢索。

Stack是一個擴充自Vector的類，而Queue是一個介面。

32.Collections類別是什麼？

Java.util.Collections是一個工具類別只包含靜態方法，它們操作或傳回集合。它包含操作集合的多型演算法，傳回一個由指定集合支援的新集合和其它一些內容。這個類別包含集合框架演算法的方法，例如折半搜尋、排序、混編和逆序等。

33.Comparable和Comparator介面是什麼？

如果我們想要使用Array或Collection的排序方法時，需要在自訂類別裡實作Java提供Comparable介面。 Comparable介面有compareTo(T OBJ)方法，它被排序方法所使用。我們應該重寫這個方法，如果「this」物件比傳遞的物件參數更小、相等或更大時，它會傳回一個負整數、0或正整數。但是，在大多數實際情況下，我們想要根據不同參數進行排序。例如，身為CEO，我想對僱員基於薪資進行排序，一個HR想基於年齡對他們進行排序。這就是我們需要使用Comparator介面的情景，因為Comparable.compareTo(Object o)方法實作只能基於一個欄位進行排序，我們不能根據物件排序的需求選擇欄位。 Comparator介面的compare(Object o1, Object o2)方法的實作需要傳遞兩個物件參數，若第一個參數比第二個小，則傳回負整數；若第一個等於第二個，則傳回0；若第一個比第二個大，回傳正整數。

34.Comparable和Comparator介面有何不同？

Comparable和Comparator介面被用來對物件集合或陣列進行排序。 Comparable介面被用來提供物件的自然排序，我們可以使用它來提供基於單一邏輯的排序。

Comparator介面被用來提供不同的排序演算法，我們可以選擇需要使用的Comparator來對給定的物件集合進行排序。

35.我們如何對一組物件進行排序？

如果我們需要對一個物件陣列進行排序，我們可以使用Arrays.sort()方法。如果我們需要排序一個物件列表，我們可以使用Collection.sort()方法。兩個類別都有用於自然排序（使用Comparable）或基於標準的排序（使用Comparator）的重載方法sort()。 Collections內部使用陣列排序方法，所有它們兩者都有相同的效能，只是Collections需要花時間將清單轉換為陣列。

36.當一個集合被當作參數傳遞給一個函數時，如何才可以確保函數不能修改它？

在作為參數傳遞之前，我們可以使用Collections.unmodifiableCollection(Collection c)方法建立一個唯讀集合，這將確保改變集合的任何操作都會拋出UnsupportedOperationException。

37.我們如何從給定集合建立一個synchronized的集合？

我們可以使用Collections.synchronizedCollection(Collection c)根據指定集合來取得一個synchronized（線程安全的）集合。

38.集合框架裡實作的通用演算法有哪些？

Java集合框架提供常用的演算法實現，例如排序和搜尋。 Collections類別包含這些方法實作。大部分演算法是操作List的，但一部分對所有類型的集合都是可用的。部分演算法有排序、搜尋、混編、最大最小值。

39.大寫的O是什麼？舉幾個例子？

大寫的O描述的是，就資料結構中的一系列元素而言，一個演算法的效能。 Collection類別就是實際的資料結構，我們通常基於時間、記憶體和效能，使用大寫的O來選擇集合實作。例如：範例1：ArrayList的get(index i)是常數時間操作，它不依賴list中元素的數量。所以它的性能是O(1)。範例2：一個對於陣列或列表的線性搜尋的效能是O(n)，因為我們需要遍歷所有的元素來找出需要的元素。

40.與Java集合架構相關的有哪些最好的實踐？

（1）根據需要選擇正確的集合類型。例如，如果指定了大小，我們會選用Array而非ArrayList。如果我們想要依照插入順序遍歷一個Map，我們需要使用TreeMap。如果我們不想重複，我們應該使用Set。

（2）一些集合類別允許指定初始容量，所以如果我們能夠估計到儲存元素的數量，我們可以使用它，就避免了重新哈希或大小調整。

（3）基於介面編程，而非基於實作編程，它允許我們後來輕易地改變實作。

（4）總是使用型別安全的泛型，避免在執行時出現ClassCastException。

（5）使用JDK提供的不可變類別作為Map的key，可以避免自己實作hashCode()和equals()。

（6）盡可能使用Collections工具類，或取得唯讀、同步或空的集合，而不是寫自己的實作。它將提供程式碼重用性，它有著更好的穩定性和可維護性。

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