40個Java集合面試問題和答案

北京尚學堂提供

1.Java集合框架是什麼？說出一些集合框架的優點？

每種編程語言中都有集合，最初的Java版本包含幾種集合類：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、實現和演算法的集合框架。在保證線程安全的情況下使用泛型和併發集合類，Java已經經歷了很久。它還包括在Java併發包中，阻塞介面以及它們的實現。集合框架的部分優點如下：

（1）使用核心集合類降低開發成本，而非實現我們自己的集合類。

（2）隨著使用經過嚴格測試的集合框架類，代碼質量會得到提高。

（3）通過使用JDK附帶的集合類，可以降低代碼維護成本。

（4）復用性和可操作性。

2.集合框架中的泛型有什麼優點？

Java1.5引入了泛型，所有的集合介面和實現都大量地使用它。泛型允許我們為集合提供一個可以容納的對象類型，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信息。泛型也使得代碼整潔，我們不需要使用顯式轉換和instanceOf操作符。它也給運行時帶來好處，因為不會產生類型檢查的位元組碼指令。

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，這些對象即為它的元素。Java平臺不提供這個介面任何直接的實現。

Set是一個不能包含重覆元素的集合。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，可以包含重覆元素。你可以通過它的索引來訪問任何元素。List更像長度動態變換的數組。

Map是一個將key映射到value的對象.一個Map不能包含重覆的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實現允許重覆的元素，而其它的如Set就不允許。很多Collection實現有一個公有的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。

當與具體實現打交道的時候，克隆或序列化的語義和含義才發揮作用。所以，具體實現應該決定如何對它進行克隆或序列化，或它是否可以被克隆或序列化。

在所有的實現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。特定的實現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介面和它的實現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介面，那麼元素去哪兒？Map包含key-value對，它提供抽取key或value列表集合的方法，但是它不適合“一組對象”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獲取迭代器實例。迭代器取代了Java集合框架中的Enumeration。迭代器允許調用者在迭代過程中移除元素。

7.Enumeration和Iterator介面的區別？

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。迭代器允許調用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，迭代器方法名已經經過改善。

8.為何沒有像Iterator.add()這樣的方法，向集合中添加元素？

語義不明，已知的是，Iterator的協議不能確保迭代的次序。然而要註意，ListIterator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獲取下一個元素，而不需要移動游標？

它可以在當前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之間有什麼區別？

（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，然後添加了一些額外的功能，比如添加一個元素、替換一個元素、獲取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？

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.通過迭代器fail-fast屬性，你明白了什麼？

每次我們嘗試獲取下一個元素的時候，Iterator fail-fast屬性檢查當前集合結構里的任何改動。如果發現任何改動，它拋出ConcurrentModificationException。Collection中所有Iterator的實現都是按fail-fast來設計的（ConcurrentHashMap和CopyOnWriteArrayList這類併發集合類除外）。

13.fail-fast與fail-safe有什麼區別？

Iterator的fail-fast屬性與當前的集合共同起作用，因此它不會受到集合中任何改動的影響。Java.util包中的所有集合類都被設計為fail-fast的，而java.util.concurrent中的集合類都為fail-safe的。Fail-fast迭代器拋出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，我們可以使用併發集合類來避免ConcurrentModificationException，比如使用CopyOnWriteArrayList，而不是ArrayList。

15.為何Iterator介面沒有具體的實現？

Iterator介面定義了遍歷集合的方法，但它的實現則是集合實現類的責任。每個能夠返回用於遍歷的Iterator的集合類都有它自己的Iterator實現內部類。

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

16.UnsupportedOperationException是什麼？

UnsupportedOperationException是用於表明操作不支持的異常。在JDK類中已被大量運用，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是如何工作的？

HashMap在Map.Entry靜態內部類實現中存儲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。當我們通過傳遞key-value對調用put方法的時候，HashMap使用Key hashCode()和哈希演算法來找出存儲key-value對的索引。Entry存儲在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，它會覆蓋value，如果不存在，它會創建一個新的entry然後保存。當我們通過傳遞key調用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，然後返回它的值。下麵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、負荷繫數和閥值調整。HashMap預設的初始容量是32，負荷繫數是0.75。閥值是為負荷繫數乘以容量，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，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存儲大量的key-value對，比如緩存從資料庫裡面拉取的數據，使用正確的容量和負荷繫數對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對象的hashCode()和equals()方法去決定key-value對的索引。當我們試著從HashMap中獲取值的時候，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，而非把它們存儲到不同的地方。同樣的，所有不允許存儲重覆數據的集合類都使用hashCode()和equals()去查找重覆，所以正確實現它們非常重要。equals()和hashCode()的實現應該遵循以下規則：

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

（2）如果o1.hashCode() == o2.hashCode()，並不意味著o1.equals(o2)會為true。

19.我們能否使用任何類作為Map的key？

我們可以使用任何類作為Map的key，然而在使用它們之前，需要考慮以下幾點：

（1）如果類重寫了equals()方法，它也應該重寫hashCode()方法。

（2）類的所有實例需要遵循與equals()和hashCode()相關的規則。請參考之前提到的這些規則。

（3）如果一個類沒有使用equals()，你不應該在hashCode()中使用它。

（4）用戶自定義key類的最佳實踐是使之為不可變的，這樣，hashCode()值可以被緩存起來，擁有更好的性能。不可變的類也可以確保hashCode()和equals()在未來不會改變，這樣就會解決與可變相關的問題了。

比如，我有一個類MyKey，在HashMap中使用它。

那就是為何String和Integer被作為HashMap的key大量使用。

20.Map介面提供了哪些不同的集合視圖？

Map介面提供三個集合視圖：

（1）Set keyset()：返回map中包含的所有key的一個Set視圖。集合是受map支持的，map的變化會在集合中反映出來，反之亦然。當一個迭代器正在遍歷一個集合時，若map被修改了（除迭代器自身的移除操作以外），迭代器的結果會變為未定義。集合支持通過Iterator的Remove、Set.remove、removeAll、retainAll和clear操作進行元素移除，從map中移除對應的映射。它不支持add和addAll操作。

（2）Collection values()：返回一個map中包含的所有value的一個Collection視圖。這個collection受map支持的，map的變化會在collection中反映出來，反之亦然。當一個迭代器正在遍歷一個collection時，若map被修改了（除迭代器自身的移除操作以外），迭代器的結果會變為未定義。集合支持通過Iterator的Remove、Set.remove、removeAll、retainAll和clear操作進行元素移除，從map中移除對應的映射。它不支持add和addAll操作。

（3）Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()：返回一個map鐘包含的所有映射的一個集合視圖。這個集合受map支持的，map的變化會在collection中反映出來，反之亦然。當一個迭代器正在遍歷一個集合時，若map被修改了（除迭代器自身的移除操作，以及對迭代器返回的entry進行setValue外），迭代器的結果會變為未定義。集合支持通過Iterator的Remove、Set.remove、removeAll、retainAll和clear操作進行元素移除，從map中移除對應的映射。它不支持add和addAll操作。

21.HashMap和HashTable有何不同？

（1）HashMap允許key和value為null，而HashTable不允許。

（2）HashTable是同步的，而HashMap不是。所以HashMap適合單線程環境，HashTable適合多線程環境。

（3）在Java1.4中引入了LinkedHashMap，HashMap的一個子類，假如你想要遍歷順序，你很容易從HashMap轉向LinkedHashMap，但是HashTable不是這樣的，它的順序是不可預知的。

（4）HashMap提供對key的Set進行遍歷，因此它是fail-fast的，但HashTable提供對key的Enumeration進行遍歷，它不支持fail-fast。

（5）HashTable被認為是個遺留的類，如果你尋求在迭代的時候修改Map，你應該使用CocurrentHashMap。

22.如何決定選用HashMap還是TreeMap？

對於在Map中插入、刪除和定位元素這類操作，HashMap是最好的選擇。然而，假如你需要對一個有序的key集合進行遍歷，TreeMap是更好的選擇。基於你的collection的大小，也許向HashMap中添加元素會更快，將map換為TreeMap進行有序key的遍歷。

23.ArrayList和Vector有何異同點？

ArrayList和Vector在很多時候都很類似。

（1）兩者都是基於索引的，內部由一個數組支持。

（2）兩者維護插入的順序，我們可以根據插入順序來獲取元素。

（3）ArrayList和Vector的迭代器實現都是fail-fast的。

（4）ArrayList和Vector兩者允許null值，也可以使用索引值對元素進行隨機訪問。

以下是ArrayList和Vector的不同點。

（1）Vector是同步的，而ArrayList不是。然而，如果你尋求在迭代的時候對列表進行改變，你應該使用CopyOnWriteArrayList。

（2）ArrayList比Vector快，它因為有同步，不會過載。

（3）ArrayList更加通用，因為我們可以使用Collections工具類輕易地獲取同步列表和只讀列表。

24.Array和ArrayList有何區別？什麼時候更適合用Array？

Array可以容納基本類型和對象，而ArrayList只能容納對象。

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，比如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）如果列表的大小已經指定，大部分情況下是存儲和遍歷它們。

（2）對於遍歷基本數據類型，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列表上工作也會變得很慢。

（3）如果你要使用多維數組，使用[][]比List<List<>>更容易。

25.ArrayList和LinkedList有何區別？

ArrayList和LinkedList兩者都實現了List介面，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相連接。所以，儘管有使用索引獲取元素的方法，內部實現是從起始點開始遍歷，遍歷到索引的節點然後返回元素，時間複雜度為O(n)，比ArrayList要慢。

（2）與ArrayList相比，在LinkedList中插入、添加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，不會涉及改變數組的大小，或更新索引。

（3）LinkedList比ArrayList消耗更多的記憶體，因為LinkedList中的每個節點存儲了前後節點的引用。

26.哪些集合類提供對元素的隨機訪問？

ArrayList、HashMap、TreeMap和HashTable類提供對元素的隨機訪問。

27.EnumSet是什麼？

java.util.EnumSet是使用枚舉類型的集合實現。當集合創建時，枚舉集合中的所有元素必須來自單個指定的枚舉類型，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，比如copyOf(Collection c)、of(E first,E…rest)和complementOf(EnumSet s)。

28.哪些集合類是線程安全的？

Vector、HashTable、Properties和Stack是同步類，所以它們是線程安全的，可以在多線程環境下使用。Java1.5併發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.併發集合類是什麼？

Java1.5併發包（java.util.concurrent）包含線程安全集合類，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是一個隊列，在進行檢索或移除一個元素的時候，它會等待隊列變為非空；當在添加一個元素時，它會等待隊列中的可用空間。BlockingQueue介面是Java集合框架的一部分，主要用於實現生產者-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的實現類中被處理了。Java提供了集中BlockingQueue的實現，比如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue,、SynchronousQueue等。

31.隊列和棧是什麼，列出它們的區別？

棧和隊列兩者都被用來預存儲數據。java.util.Queue是一個介面，它的實現類在Java併發包中。隊列允許先進先出（FIFO）檢索元素，但並非總是這樣。Deque介面允許從兩端檢索元素。

棧與隊列很相似，但它允許對元素進行後進先出（LIFO）進行檢索。

Stack是一個擴展自Vector的類，而Queue是一個介面。

32.Collections類是什麼？

Java.util.Collections是一個工具類僅包含靜態方法，它們操作或返回集合。它包含操作集合的多態演算法，返回一個由指定集合支持的新集合和其它一些內容。這個類包含集合框架演算法的方法，比如折半搜索、排序、混編和逆序等。

33.Comparable和Comparator介面是什麼？

如果我們想使用Array或Collection的排序方法時，需要在自定義類里實現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”對象比傳遞的對象參數更小、相等或更大時，它返回一個負整數、0或正整數。但是，在大多數實際情況下，我們想根據不同參數進行排序。比如，作為一個CEO，我想對雇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)方法實現只能基於一個欄位進行排序，我們不能根據對象排序的需要選擇欄位。Comparator介面的compare(Object o1, Object o2)方法的實現需要傳遞兩個對象參數，若第一個參數比第二個小，返回負整數；若第一個等於第二個，返回0；若第一個比第二個大，返回正整數。

34.Comparable和Comparator介面有何區別？

Comparable和Comparator介面被用來對對象集合或者數組進行排序。Comparable介面被用來提供對象的自然排序，我們可以使用它來提供基於單個邏輯的排序。

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來對給定的對象集合進行排序。

35.我們如何對一組對象進行排序？

如果我們需要對一個對象數組進行排序，我們可以使用Arrays.sort()方法。如果我們需要排序一個對象列表，我們可以使用Collection.sort()方法。兩個類都有用於自然排序（使用Comparable）或基於標準的排序（使用Comparator）的重載方法sort()。Collections內部使用數組排序方法，所有它們兩者都有相同的性能，只是Collections需要花時間將列表轉換為數組。

36.當一個集合被作為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)方法創建一個只讀集合，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那裡創建一個synchronized的集合？

我們可以使用Collections.synchronizedCollection(Collection c)根據指定集合來獲取一個synchronized（線程安全的）集合。

38.集合框架里實現的通用演算法有哪些？

Java集合框架提供常用的演算法實現，比如排序和搜索。Collections類包含這些方法實現。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、搜索、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，就數據結構中的一系列元素而言，一個演算法的性能。Collection類就是實際的數據結構，我們通常基於時間、記憶體和性能，使用大寫的O來選擇集合實現。比如：例子1：ArrayList的get(index i)是一個常量時間操作，它不依賴list中元素的數量。所以它的性能是O(1)。例子2：一個對於數組或列表的線性搜索的性能是O(n)，因為我們需要遍歷所有的元素來查找需要的元素。

40.與Java集合框架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。比如，如果指定了大小，我們會選用Array而非ArrayList。如果我們想根據插入順序遍歷一個Map，我們需要使用TreeMap。如果我們不想重覆，我們應該使用Set。

（2）一些集合類允許指定初始容量，所以如果我們能夠估計到存儲元素的數量，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，而非基於實現編程，它允許我們後來輕易地改變實現。

（4）總是使用類型安全的泛型，避免在運行時出現ClassCastException。

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

（6）儘可能使用Collections工具類，或者獲取只讀、同步或空的集合，而非編寫自己的實現。它將會提供代碼重用性，它有著更好的穩定性和可維護性。

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