Java岗大厂面试百日冲刺【Day3】 —— 集合框架1

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2023-07-26

Java岗大厂面试百日冲刺【Day3】 —— 集合框架1

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本文已获得原作者 _陈哈哈授权并经过重新整理规划后发布。

本栏目Java开发岗高频面试题主要出自以下各技术栈：Java基础知识、集合容器、并发编程、JVM、Spring全家桶、MyBatis等ORMapping框架、MySQL数据库、Redis缓存、RabbitMQ消息队列、Linux操作技巧等。

面试题1：对比 Vector、ArrayList、LinkedList 有何区别？适合在什么场景下使用

这三者都是实现了集合框架中的 List，也就是有序集合，因此具体功能也比较近似，比如都提供按照位置进行定位、添加或者删除的操作，都提供迭代器以遍历其内容等。但因为具体的设计区别，在行为、性能、线程安全等方面，表现又有很大不同。

Vector

是 Java 早期提供的线程安全的动态数组，如果不需要线程安全，并不建议选择，毕竟同步是有额外开销的。

Vector 内部是使用对象数组来保存数据，可以根据需要自动的增加容量。当数组已满，开始扩容时，会先创建新的扩容后数组，并拷贝原有数组数据，最后删除原数组。

ArrayList（擅长 "查询" 和 "更新" 场景）

是应用更加广泛的动态数组实现，它本身不是线程安全的，所以性能要好很多。与 Vector 近似，ArrayList 也是可以根据需要调整容量，不过两者的调整逻辑有所区别，Vector 在扩容时会提高 1 倍，而 ArrayList 则是增加 50%。

数据结构:ArrayList 是动态数组的数据结构实现；
随机查询效率：（优势），ArrayList 比 LinkedList 在随机访问的时候效率要高，因为 LinkedList 是线性的数据存储方式，所以需要移动指针从前往后依次查找，而ArrayList根据角标index直接锁定位置。
插入和删除效率：在List中间插入和删除数据时，ArrayList 要比 LinkedList 效率低很多，因为 ArrayList 增删操作要影响数组内的其他数据的下标（整体移动），而如果是正常的末尾追加方式，效率大体相同。
内存空间占用：LinkedList 比 ArrayList 更占内存，因为 LinkedList 的节点除了存储数据，还存储了两个引用，一个指向前一个元素，一个指向后一个元素。

LinkedList（擅长 "插入" 和 "删除" 场景）

顾名思义是 Java 提供的双向链表，所以它不需要像上面两种那样调整容量，它也不是线程安全的。

数据结构:LinkedList 是双向链表的数据结构实现。
随机查询效率：相比ArrayList （劣势）
插入和删除效率：LinkedList按序号查询数据时需要进行前向或后向遍历，但插入数据时只需要记录当前项的前后项即可，增删时也只需修改链表指向即可，所以 LinkedList 插入和删除速度较快。（优势）
内存空间占用：相比ArrayList （劣势）

多线程场景下就不能使用ArrayList么？

我们知道ArrayList 不是线程安全的，如果遇到多线程场景，可以通过 Collections 的 synchronizedList 方法将其转换成线程安全的容器后再使用。例如像下面这样：

List<String> syncList = Collections.synchronizedList(arraylist);

面试题2：List 和 Set 有哪些区别？

List、Set 都是继承自Collection 接口，区别主要有以下几点：

重复对象

list方法可以允许重复的对象，而set方法不允许重复对象；

null元素

list可以插入多个null元素，而set只允许插入一个null元素；

容器是否有序

list是一个有序的容器，保持了每个元素的插入顺序。即输出顺序就是输入顺序，而set方法是无序容器，无法保证每个元素的存储顺序，TreeSet通过 Comparator 或者 Comparable 维护了一个排序顺序

常用的实现类

list方法常用的实现类有：
- ArrayList、LinkedList 和 Vector。ArrayList最常用，提供使用索引（index）访问，定位、查询效率高；而LinkedList 则对于经常需要从 List 中添加或删除元素的场合更为合适，Vector 表示底层数组，线程安全，效率低被边缘化~
Set方法中常用的实现类有:
- HashSet、LinkedHashSet 以及 TreeSet。最常用的是基于 HashMap 实现的 HashSet；另外TreeSet 还实现了 SortedSet 接口（支持排序），因此 TreeSet 是一个可根据 compare() 和compareTo()方法进行排序的有序容器。

遍历方式

List 支持for循环，也就是通过下标来遍历，也可以用迭代器（Iterator），但是set只能用迭代，因为他无序，无法用下标来取得想要的值。

Set 和 List 效率上对比怎么样呢？

Set

删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变。检索元素的话，效率低下；当然，在理想情况下，不考虑哈希冲突的情况，且仅需一次定位即可完成，时间复杂度为O(1)，但是不现实。

List

和数组类似，List可以动态增长，查找元素效率高，插入删除元素效率低，因为会引起其他元素位置改变

曾测试过1000万元素情况下，Set查询第9999999个元素用时0.203秒，List查询第9999999个元素用时0.01秒；

说一下 HashSet 的实现原理？

HashSet 底层是基于 HashMap 实现的，能够继承 HashMap 的所有特性，因此 HashSet 结构也是数组+链表+红黑树，同样也不能使用get方法，HashSet 的操作，基本上都是直接调用底层 HashMap 的相关方法来完成，不允许key重复，但支持null对象作为key。

HashSet是如何保证Key不重复的？

HashSet 的值是不能重复的，在业务上经常被用来做数据去重的工作，那么，他是怎么保证元素不重复的呢？

当我们对一个HashSet 的实例添加一个值时，使用到的是它的 add 方法，源码如下：

public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}

由代码中的 add 方法实现可知，其维护了一个 HashMap 来实现元素的添加；我们知道，HashMap 作为双列集合，它的键是不能够重复的，HashMap 针对 hashCode 相同且 equals 比较值相同的时候执行的是更新操作，所以Hashmap中的key是唯一的，也决定了hashset元素值也是唯一的。