40個Java集合類面試題和答案
Java集合框架爲Java編程語言的基礎，也是Java面試中很重要的一個知識點。這裏，我列出了一些關於Java集合的重要問題和答案。
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。隨着集合的廣泛使用，Java1.2提出了囊括所有集合接口、實現和算法的集合框架。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，阻塞接口以及它們的實現。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）隨着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）複用性和可操作性。
2.集合框架中的泛型有什麼優點？
Java1.5引入了泛型，所有的集合接口和實現都大量地使用它。泛型允許我們爲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，因爲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，因爲不會產生類型檢查的字節碼指令。
3.Java集合框架的基礎接口有哪些？
Collection爲集合層級的根接口。一個集合代表一組對象，這些對象即爲它的元素。Java平臺不提供這個接口任何直接的實現。
Set是一個不能包含重複元素的集合。這個接口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不能包含重複的key：每個key最多隻能映射一個value。
一些其它的接口有Queue、Dequeue、SortedSet、SortedMap和ListIterator。
4.爲何Collection不從Cloneable和Serializable接口繼承？
Collection接口指定一組對象，對象即爲它的元素。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實現允許重複的元素，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。這是因爲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.爲何Map接口不繼承Collection接口？
儘管Map接口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接口，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接口提供遍歷任何Collection的接口。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接口的區別？
Enumeration的速度是Iterator的兩倍，也使用更少的內存。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，因爲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。爲了使它的功能更加清晰，迭代器方法名已經經過改善。
8.爲何沒有像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。然而要注意，ListIterator沒有提供一個add操作，它要確保迭代的順序。
9.爲何迭代器沒有一個方法可以直接獲取下一個元素，而不需要移動遊標？
它可以在當前Iterator的頂層實現，但是它用得很少，如果將它加到接口中，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接口繼承，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？
List<String> strList = new ArrayList<>(); //使用for-each循環 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，因爲它可以確保，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裏的任何改動。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爲fail-fast的，而java.util.concurrent中的集合類都爲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.爲何Iterator接口沒有具體的實現？
Iterator接口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、負荷係數和閥值調整。HashMap默認的初始容量是32，負荷係數是0.75。閥值是爲負荷係數乘以容量，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，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，比如緩存從數據庫裏面拉取的數據，使用正確的容量和負荷係數對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對象的hashCode()和equals()方法去決定key-value對的索引。當我們試着從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將會認爲它們是相同的，然後覆蓋它們，而非把它們存儲到不同的地方。同樣的，所有不允許存儲重複數據的集合類都使用hashCode()和equals()去查找重複，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()總是爲true的。
（2）如果o1.hashCode() == o2.hashCode()，並不意味着o1.equals(o2)會爲true。
19.我們能否使用任何類作爲Map的key？
我們可以使用任何類作爲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爲不可變的，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。
//傳遞給MyKey的name參數被用於equals()和hashCode()中 MyKey key = new MyKey('Pankaj'); //assume hashCode=1234 myHashMap.put(key, 'Value'); // 以下的代碼會改變key的hashCode()和equals()值 key.setName('Amit'); //assume new hashCode=7890 //下面會返回null，因爲HashMap會嘗試查找存儲同樣索引的key，而key已被改變了，匹配失敗，返回null myHashMap.get(new MyKey('Pankaj'));
那就是爲何String和Integer被作爲HashMap的key大量使用。
20.Map接口提供了哪些不同的集合視圖？
Map接口提供三個集合視圖：
（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），迭代器的結果會變爲未定義。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），迭代器的結果會變爲未定義。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鍾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），迭代器的結果會變爲未定義。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爲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被認爲是個遺留的類，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換爲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，它因爲有同步，不會過載。
（3）ArrayList更加通用，因爲我們可以使用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，複雜度爲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，時間複雜度爲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，因爲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消耗更多的內存，因爲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，不允許值爲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，因爲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。迭代器被設計爲fail-fast的，會拋出ConcurrentModificationException。一部分類爲：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，它會等待隊列變爲非空；當在添加一個元素時，它會等待隊列中的可用空間。BlockingQueue接口是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，因爲它都在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是一個接口，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接口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是一個接口。
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算法的方法，比如折半搜索、排序、混編和逆序等。
33.Comparable和Comparator接口是什麼？
如果我們想使用Array或Collection的排序方法時，需要在自定義類裏實現Java提供Comparable接口。Comparable接口有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，作爲一個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接口的情景，因爲Comparable.compareTo(Object o)方法實現只能基於一個字段進行排序，我們不能根據對象排序的需要選擇字段。Comparator接口的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接口有何區別？
Comparable和Comparator接口被用來對對象集合或者數組進行排序。Comparable接口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接口被用來提供不同的排序算法，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爲數組。
36.當一個集合被作爲參數傳遞給一個函數時，如何纔可以確保函數不能修改它？
在作爲參數傳遞之前，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裏創建一個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.集合框架裏實現的通用算法有哪些？
Java集合框架提供常用的算法實現，比如排序和搜索。Collections類包含這些方法實現。大部分算法是操作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，一個算法的性能。Collection類就是實際的數據結構，我們通常基於時間、內存和性能，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)，因爲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。如果我們不想重複，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）基於接口編程，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提供的不可變類作爲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，它有着更好的穩定性和可維護性。