02 - Java 容器

<h3>1. java 容器都有哪些？</h3> <p>Java 容器主要分为两大类：</p> <ul> <li><strong>Collection</strong>：存储对象的集合。</li> <li><strong>List</strong>：有序，可重复（ArrayList, LinkedList, Vector）。</li> <li><strong>Set</strong>：无序，不可重复（HashSet, TreeSet, LinkedHashSet）。</li> <li><strong>Queue</strong>：队列（PriorityQueue, LinkedList, ArrayDeque）。</li> <li><strong>Map</strong>：存储键值对（Key-Value）。</li> <li>HashMap, TreeMap, Hashtable, LinkedHashMap, ConcurrentHashMap。</li> </ul> <h3>2. Collection 和 Collections 有什么区别？</h3> <ul> <li><strong>Collection</strong>：是一个接口，是 List, Set, Queue 的父接口。</li> <li><strong>Collections</strong>：是一个工具类，包含了很多静态方法，用于操作集合（如排序 <code>sort</code>，反转 <code>reverse</code>，查找 <code>binarySearch</code>，线程安全化 <code>synchronizedList</code> 等）。</li> </ul> <h3>3. List、Set、Map 之间的区别是什么？</h3> <table border="1" cellpadding="5" cellspacing="0"> <thead> <tr> <th>特性</th> <th>List</th> <th>Set</th> <th>Map</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>有序性</td> <td>有序</td> <td>无序（TreeSet 有序）</td> <td>无序（TreeMap 有序）</td> </tr> <tr> <td>重复性</td> <td>可重复</td> <td>不可重复</td> <td>Key 不可重复，Value 可重复</td> </tr> <tr> <td>存储结构</td> <td>线性表</td> <td>哈希表/树</td> <td>哈希表/树</td> </tr> <tr> <td>继承接口</td> <td>Collection</td> <td>Collection</td> <td>无（独立接口）</td> </tr> </tbody> </table> <h3>4. HashMap 和 Hashtable 有什么区别？</h3> <ul> <li><strong>线程安全</strong>：Hashtable 是线程安全的（方法有 synchronized），HashMap 是非线程安全的。</li> <li><strong>Null 值</strong>：HashMap 允许 Key 和 Value 为 null（Key 只能有一个 null），Hashtable 不允许。</li> <li><strong>效率</strong>：HashMap 效率高于 Hashtable。</li> <li><strong>继承</strong>：HashMap 继承 AbstractMap，Hashtable 继承 Dictionary（已过时）。</li> </ul> <h3>5. 如何决定使用 HashMap 还是 TreeMap？</h3> <ul> <li>如果需要<strong>快速插入、删除和查找</strong>（O(1)），使用 <strong>HashMap</strong>。</li> <li>如果需要<strong>对 Key 进行排序</strong>（O(log n)），使用 <strong>TreeMap</strong>。</li> </ul> <h3>6. 说一下 HashMap 的实现原理？</h3> <ul> <li><strong>底层结构</strong>：</li> <li>JDK 1.7：数组 + 链表。</li> <li>JDK 1.8：数组 + 链表 + 红黑树。</li> <li><strong>Put 过程</strong>：</li> </ul> <ol> <li>计算 Key 的 hash 值，定位到数组索引。</li> <li>如果该位置为空，直接插入。</li> <li>如果该位置有数据（哈希冲突），使用链表或红黑树解决。</li> <li>JDK 1.8 中，当链表长度超过 8 且数组长度超过 64 时，链表转为红黑树。</li> </ol> <ul> <li><strong>扩容</strong>：当元素个数超过 <code>capacity <em> loadFactor</em></code><em>（默认 16 </em> 0.75 = 12）时，数组扩容为原来的 2 倍，并重新计算 Hash 分布。</li> </ul> <h3>7. 说一下 HashSet 的实现原理？</h3> <p>HashSet 底层是基于 <strong>HashMap</strong> 实现的。</p> <p>HashSet 的值作为 HashMap 的 Key 存储，Value 是一个固定的 Object 对象（PRESENT）。因此 HashSet 具有无序、不可重复的特性。</p> <h3>8. ArrayList 和 LinkedList 的区别是什么？</h3> <ul> <li><strong>底层数据结构</strong>：ArrayList 是动态数组；LinkedList 是双向链表。</li> <li><strong>随机访问</strong>：ArrayList 支持 O(1) 随机访问；LinkedList 需要 O(n) 遍历。</li> <li><strong>插入删除</strong>：</li> <li>ArrayList：尾部插入 O(1)，中间插入/删除需要移动元素，O(n)。</li> <li>LinkedList：头尾插入/删除 O(1)，中间插入/删除需要先遍历找到位置 O(n)，但不需要移动元素。</li> <li><strong>空间占用</strong>：LinkedList 每个节点需要存储前后指针，空间占用较大。</li> </ul> <h3>9. 如何实现数组和 List 之间的转换？</h3> <ul> <li><strong>数组转 List</strong>：<code>Arrays.asList(array)</code>。注意：返回的 List 是 Arrays 的内部类，固定长度，不支持 add/remove。</li> <li><strong>List 转数组</strong>：<code>list.toArray()</code>。</li> </ul> <h3>10. ArrayList 和 Vector 的区别是什么？</h3> <ul> <li><strong>线程安全</strong>：Vector 是线程安全的（synchronized），ArrayList 不是。</li> <li><strong>扩容</strong>：Vector 默认扩容 2 倍，ArrayList 默认扩容 1.5 倍。</li> <li><strong>性能</strong>：ArrayList 性能优于 Vector。</li> </ul> <h3>11. Array 和 ArrayList 有何区别？</h3> <ul> <li><strong>类型</strong>：Array 可以包含基本类型和对象类型；ArrayList 只能包含对象类型（基本类型需装箱）。</li> <li><strong>大小</strong>：Array 大小固定；ArrayList 大小动态变化。</li> <li><strong>功能</strong>：ArrayList 提供了更多的方法（addAll, removeAll, iterator 等）。</li> </ul> <h3>12. 在 Queue 中 poll()和 remove()有什么区别？</h3> <ul> <li><strong>相同点</strong>：都是返回并删除队头元素。</li> <li><strong>不同点</strong>：当队列为空时，<code>poll()</code> 返回 null，而 <code>remove()</code> 抛出 <code>NoSuchElementException</code> 异常。</li> </ul> <h3>13. 哪些集合类是线程安全的？</h3> <ul> <li><strong>Vector</strong></li> <li><strong>Hashtable</strong></li> <li><strong>Stack</strong></li> <li><strong>java.util.concurrent 包下的集合</strong>：ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList, BlockingQueue 等。</li> </ul> <h3>14. 迭代器 Iterator 是什么？</h3> <p>Iterator 是一个接口，用于遍历集合（Collection）中的元素。它提供了一种统一的遍历方式，而不需要了解集合底层的实现细节。</p> <h3>15. Iterator 怎么使用？有什么特点？</h3> <ul> <li><strong>使用</strong>：</li> </ul> <pre> <code> Iterator it = list.iterator(); while(it.hasNext()) { String obj = it.next(); // it.remove(); // 安全删除 }</code></pre> <ul> <li><strong>特点</strong>：只能单向遍历，支持在遍历过程中安全地删除元素（使用 <code>it.remove()</code>），如果使用集合自己的 <code>remove()</code> 方法会抛出 <code>ConcurrentModificationException</code>。</li> </ul> <h3>16. Iterator 和 ListIterator 有什么区别？</h3> <ul> <li><strong>范围</strong>：Iterator 可以遍历 Set and List；ListIterator 只能遍历 List。</li> <li><strong>方向</strong>：Iterator 只能单向（后）；ListIterator 可以双向（前/后）。</li> <li><strong>功能</strong>：ListIterator 可以添加元素（add）、修改元素（set）、获取索引（nextIndex/previousIndex）。</li> </ul> <h3>17. 怎么确保一个集合不能被修改？</h3> <p>可以使用 <code>Collections.unmodifiableCollection(list)</code>（或 unmodifiableList, unmodifiableSet, unmodifiableMap）。</p> <pre> <code>List list = new ArrayList&lt;&gt;(); list.add(&quot;x&quot;); List unmodifiableList = Collections.unmodifiableList(list); // unmodifiableList.add(&quot;y&quot;); // 抛出 UnsupportedOperationException</code></pre>