本篇内容主要讲解“有哪些Java集合面试题”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让小编来带大家学习“有哪些Java集合面试题”吧!
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Map接口和Collection接口是所有集合框架的父接口。下图中的实线和虚线看着有些乱，其中接口与接口之间如果有联系为继承关系，类与类之间如果有联系为继承关系，类与接口之间则是类实现接口。重点掌握的抽象类有HashMap，LinkedList，HashTable，ArrayList，HashSet，Stack，TreeSet，TreeMap。注意：Collection接口不是Map的父接口。
List：有序集合（有序指存入的顺序和取出的顺序相同，不是按照元素的某些特性排序），可存储重复元素，可存储多个null。
Set：无序集合（元素存入和取出顺序不一定相同），不可存储重复元素，只能存储一个null。
Map：使用键值对的方式对元素进行存储，key是无序的，且是唯一的。value值不唯一。不同的key值可以对应相同的value值。
List：
ArrayList：数组
LinkedList：双线链表
Set：
HashSet：底层基于HashMap实现，HashSet存入读取元素的方式和HashMap中的Key是一致的。
TreeSet：红黑树
Map：
HashMap： JDK1.8之前HashMap由数组+链表组成的， JDK1.8之后有数组+链表/红黑树组成，当链表长度大于8时，链表转化为红黑树，当长度小于6时，从红黑树转化为链表。这样做的目的是能提高HashMap的性能，因为红黑树的查找元素的时间复杂度远小于链表。
HashTable：数组+链表
TreeMap：红黑树
Vector：相当于有同步机制的ArrayList
Stack：栈
HashTable
enumeration：枚举
Iterator 是 Java 迭代器最简单的实现，它不是一个集合，它是一种用于访问集合的方法，Iterator接口提供遍历任何Collection的接口。
快速失败
Java的快速失败机制是Java集合框架中的一种错误检测机制，当多个线程同时对集合中的内容进行修改时可能就会抛出ConcurrentModificationException异常。其实不仅仅是在多线程状态下，在单线程中用增强for循环中一边遍历集合一边修改集合的元素也会抛出ConcurrentModificationException异常。看下面代码
public class Main{
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList<>();
for(Integer i : list){
list.remove(i); //运行时抛出ConcurrentModificationException异常
}
}
} 正确的做法是用迭代器的remove()方法，便可正常运行。
public class Main{
public static void main(String[] args) {
List list = new ArrayList<>();
Iterator it = list.iterator();
while(it.hasNext()){
it.remove();
}
}
} 造成这种情况的原因是什么？细心的同学可能已经发现两次调用的remove()方法不同，一个带参数据，一个不带参数，这个后面再说，经过查看ArrayList源码，找到了抛出异常的代码
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}从上面代码中可以看到如果modCount和expectedModCount这两个变量不相等就会抛出ConcurrentModificationException异常。那这两个变量又是什么呢？继续看源码
protected transient int modCount = 0; //在AbstractList中定义的变量
int expectedModCount = modCount;//在ArrayList中的内部类Itr中定义的变量
从上面代码可以看到，modCount初始值为0，而expectedModCount初始值等于modCount。也就是说在遍历的时候直接调用集合的remove()方法会导致modCount不等于expectedModCount进而抛出ConcurrentModificationException异常，而使用迭代器的remove()方法则不会出现这种问题。那么只能在看看remove()方法的源码找找原因了
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}从上面代码中可以看到只有modCount++了，而expectedModCount没有操作，当每一次迭代时，迭代器会比较expectedModCount和modCount的值是否相等，所以在调用remove()方法后，modCount不等于expectedModCount了，这时就了报ConcurrentModificationException异常。但用迭代器中remove()的方法为什么不抛异常呢？原来**迭代器调用的remove()方法和上面的remove()方法不是同一个！**迭代器调用的remove()方法长这样：
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.remove(lastRet);
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount; //这行代码保证了expectedModCount和modCount是相等的
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}从上面代码可以看到expectedModCount = modCount，所以迭代器的remove()方法保证了expectedModCount和modCount是相等的，进而保证了在增强for循环中修改集合内容不会报ConcurrentModificationException异常。
上面介绍的只是单线程的情况，用迭代器调用remove()方法即可正常运行，但如果是多线程会怎么样呢？
答案是在多线程的情况下即使用了迭代器调用remove()方法，还是会报ConcurrentModificationException异常。这又是为什么呢？还是要从expectedModCount和modCount这两个变量入手分析，刚刚说了modCount在AbstractList类中定义，而expectedModCount在ArrayList内部类中定义，所以modCount是个共享变量而expectedModCount是属于线程各自的。简单说，线程1更新了modCount和属于自己的expectedModCount，而在线程2看来只有modCount更新了，expectedModCount并未更新，所以会抛出ConcurrentModificationException异常。
安全失败
采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到，所以不会抛出ConcurrentModificationException异常。缺点是迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝，在遍历期间原集合发生了修改，迭代器是无法访问到修改后的内容。java.util.concurrent包下的容器都是安全失败，可以在多线程下并发使用。
从上文**“快速失败机制”**可知在遍历集合时如果直接调用remove()方法会抛出ConcurrentModificationException异常，所以使用迭代器中调用remove()方法。
Array可以包含基本类型和对象类型，ArrayList只能包含对象类型。
Array大小是固定的，ArrayList的大小是动态变化的。(ArrayList的扩容是个常见面试题)
相比于Array，ArrayList有着更多的内置方法，如addAll()，removeAll()。
对于基本类型数据，ArrayList 使用自动装箱来减少编码工作量；而当处理固定大小的基本数据类型的时候，这种方式相对比较慢，这时候应该使用Array。
comparable接口出自java.lang包，可以理解为一个内比较器，因为实现了Comparable接口的类可以和自己比较，要和其他实现了Comparable接口类比较，可以使用compareTo(Object obj)方法。compareTo方法的返回值是int，有三种情况：
返回正整数（比较者大于被比较者）
返回0（比较者等于被比较者）
返回负整数（比较者小于被比较者）
comparator接口出自 java.util 包，它有一个compare(Object obj1, Object obj2)方法用来排序，返回值同样是int，有三种情况，和compareTo类似。
它们之间的区别：很多包装类都实现了comparable接口，像Integer、String等，所以直接调用Collections.sort()直接可以使用。如果对类里面自带的自然排序不满意，而又不能修改其源代码的情况下，使用Comparator就比较合适。此外使用Comparator可以避免添加额外的代码与我们的目标类耦合，同时可以定义多种排序规则，这一点是Comparable接口没法做到的，从灵活性和扩展性讲Comparator更优，故在面对自定义排序的需求时，可以优先考虑使用Comparator接口。
Collection 是一个集合接口。它提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法。
Collections 是一个包装类。它包含有各种有关集合操作的静态多态方法，例如常用的sort()方法。此类不能实例化，就像一个工具类，服务于Java的Collection框架。
先说一下常见的元素在内存中的存储方式，主要有两种：
顺序存储（Random Access）：相邻的数据元素在内存中的位置也是相邻的，可以根据元素的位置（如ArrayList中的下表）读取元素。
链式存储（Sequential Access）：每个数据元素包含它下一个元素的内存地址，在内存中不要求相邻。例如LinkedList。
主要的遍历方式主要有三种：
for循环遍历：遍历者自己在集合外部维护一个计数器，依次读取每一个位置的元素。
Iterator遍历：基于顺序存储集合的Iterator可以直接按位置访问数据。基于链式存储集合的Iterator，需要保存当前遍历的位置，然后根据当前位置来向前或者向后移动指针。
foreach遍历：foreach 内部也是采用了Iterator 的方式实现，但使用时不需要显示地声明Iterator。
那么对于以上三种遍历方式应该如何选取呢？
在Java集合框架中，提供了一个RandomAccess接口，该接口没有方法，只是一个标记。通常用来标记List的实现是否支持RandomAccess。所以在遍历时，可以先判断是否支持RandomAccess（list instanceof RandomAccess），如果支持可用 for 循环遍历，否则建议用Iterator或 foreach 遍历。
先说下结论，一般面试时需要记住，
ArrayList的初始容量为10，扩容时对是旧的容量值加上旧的容量数值进行右移一位（位运算，相当于除以2，位运算的效率更高），所以每次扩容都是旧的容量的1.5倍。
具体的实现大家可查看下ArrayList的源码。
是否线程安全：ArrayList和LinkedList都是不保证线程安全的
底层实现：ArrayList的底层实现是数组，LinkedList的底层是双向链表。
内存占用：ArrayList会存在一定的空间浪费，因为每次扩容都是之前的1.5倍，而LinkedList中的每个元素要存放直接后继和直接前驱以及数据，所以对于每个元素的存储都要比ArrayList花费更多的空间。
应用场景：ArrayList的底层数据结构是数组，所以在插入和删除元素时的时间复杂度都会收到位置的影响，平均时间复杂度为o(n)，在读取元素的时候可以根据下标直接查找到元素，不受位置的影响，平均时间复杂度为o(1)，所以ArrayList更加适用于多读，少增删的场景。LinkedList的底层数据结构是双向链表，所以插入和删除元素不受位置的影响，平均时间复杂度为o(1)，如果是在指定位置插入则是o(n)，因为在插入之前需要先找到该位置，读取元素的平均时间复杂度为o(n)。所以LinkedList更加适用于多增删，少读写的场景。
相同点
都实现了List接口
底层数据结构都是数组
不同点
线程安全：Vector使用了Synchronized来实现线程同步，所以是线程安全的，而ArrayList是线程不安全的。
性能：由于Vector使用了Synchronized进行加锁，所以性能不如ArrayList。
扩容：ArrayList和Vector都会根据需要动态的调整容量，但是ArrayList每次扩容为旧容量的1.5倍，而Vector每次扩容为旧容量的2倍。
ArrayList底层数据结构为数组，对元素的读取速度快，而增删数据慢，线程不安全。
LinkedList底层为双向链表，对元素的增删数据快，读取慢，线程不安全。
Vector的底层数据结构为数组，用Synchronized来保证线程安全，性能较差，但线程安全。
HashSet的底层是HashMap，默认构造函数是构建一个初始容量为16，负载因子为0.75 的HashMap。HashSet的值存放于HashMap的key上，HashMap的value统一为PRESENT。
这里面涉及到了HasCode()和equals()两个方法。
equals()
先看下String类中重写的equals方法。
public boolean equals(Object anObject) {
if (this == anObject) {
return true;
}
if (anObject instanceof String) {
String anotherString = (String)anObject;
int n = value.length;
if (n == anotherString.value.length) {
char v1[] = value;
char v2[] = anotherString.value;
int i = 0;
while (n-- != 0) {
if (v1[i] != v2[i])
return false;
i++;
}
return true;
}
}
return false;
}从源码中可以看到：
equals方法首先比较的是内存地址，如果内存地址相同，直接返回true；如果内存地址不同，再比较对象的类型，类型不同直接返回false；类型相同，再比较值是否相同；值相同返回true，值不同返回false。总结一下，equals会比较内存地址、对象类型、以及值，内存地址相同，equals一定返回true；对象类型和值相同，equals方法一定返回true。
如果没有重写equals方法，那么equals和==的作用相同，比较的是对象的地址值。
hashCode
hashCode方法返回对象的散列码，返回值是int类型的散列码。散列码的作用是确定该对象在哈希表中的索引位置。
关于hashCode有一些约定：
两个对象相等，则hashCode一定相同。
两个对象有相同的hashCode值，它们不一定相等。
hashCode()方法默认是对堆上的对象产生独特值，如果没有重写hashCode()方法，则该类的两个对象的hashCode值肯定不同
介绍完equals()方法和hashCode()方法，继续说下HashSet是如何检查重复的。
HashSet的特点是存储元素时无序且唯一，在向HashSet中添加对象时，首相会计算对象的HashCode值来确定对象的存储位置，如果该位置没有其他对象，直接将该对象添加到该位置；如果该存储位置有存储其他对象（新添加的对象和该存储位置的对象的HashCode值相同），调用equals方法判断两个对象是否相同，如果相同，则添加对象失败，如果不相同，则会将该对象重新散列到其他位置。
| HashMap | HashSet |
|---|---|
实现了Map接口 | 实现了Set接口 |
| 存储键值对 | 存储对象 |
key唯一，value不唯一 | 存储对象唯一 |
HashMap使用键（Key）计算Hashcode | HashSet使用成员对象来计算hashcode值 |
| 速度相对较快 | 速度相对较慢 |
JDK1.7的底层数据结构(数组+链表)
JDK1.8的底层数据结构(数组+链表)
JDK1.7的Hash函数
static final int hash(int h){
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>>12);
return h^(h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}JDK1.8的Hash函数
static final int hash(Onject key){
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode())^(h >>> 16);
}JDK1.8的函数经过了一次异或一次位运算一共两次扰动，而JDK1.7经过了四次位运算五次异或一共九次扰动。这里简单解释下JDK1.8的hash函数，面试经常问这个，两次扰动分别是key.hashCode()与key.hashCode()右移16位进行异或。这样做的目的是，高16位不变，低16位与高16位进行异或操作，进而减少碰撞的发生，高低Bit都参与到Hash的计算。如何不进行扰动处理，因为hash值有32位，直接对数组的长度求余，起作用只是hash值的几个低位。
HashMap在JDK1.7和JDK1.8中有哪些不同点：
| JDK1.7 | JDK1.8 | JDK1.8的优势 | |
|---|---|---|---|
| 底层结构 | 数组+链表 | 数组+链表/红黑树(链表大于8) | 避免单条链表过长而影响查询效率，提高查询效率 |
| hash值计算方式 | 9次扰动 = 4次位运算 + 5次异或运算 | 2次扰动 = 1次位运算 + 1次异或运算 | 可以均匀地把之前的冲突的节点分散到新的桶（具体细节见下面扩容部分） |
| 插入数据方式 | 头插法（先讲原位置的数据移到后1位，再插入数据到该位置） | 尾插法（直接插入到链表尾部/红黑树） | 解决多线程造成死循环地问题 |
| 扩容后存储位置的计算方式 | 重新进行hash计算 | 原位置或原位置+旧容量 | 省去了重新计算hash值的时间 |
因为HashMap是通过key的hash值来确定存储的位置，但Hash值的范围是-2147483648到2147483647，不可能建立一个这么大的数组来覆盖所有hash值。所以在计算完hash值后会对数组的长度进行取余操作，如果数组的长度是2的幂次方，(length - 1)&hash等同于hash%length，可以用(length - 1)&hash这种位运算来代替%取余的操作进而提高性能。
HashMap的主要流程可以看下面这个流程图，逻辑非常清晰。
初始值为16，负载因子为0.75，阈值为负载因子*容量
resize()方法是在hashmap中的键值对大于阀值时或者初始化时，就调用resize()方法进行扩容。
每次扩容，容量都是之前的两倍
扩容时有个判断e.hash & oldCap是否为零，也就是相当于hash值对数组长度的取余操作，若等于0，则位置不变，若等于1，位置变为原位置加旧容量。
源码如下：
