Java面试手册：集合框架

oldzhoua 2019-08-02

展开全文

1.Java集合大家族导图

为了方便多个对象进行操作，要存储多个对象，就不能是一个基本的变量，而应该是一个容器类型的变量,此时的数组为对象数组。而对象数组又不能适应变化的需求，因为数组的长度是固定的，为此提出了集合框架。
整个集合框架就围绕一组标准接口而设计。你可以直接使用这些接口的标准实现，(++诸如：LinkedList, HashSet, 和 TreeSet 等,除此之外你也可以通过这些接口实现自己的集合++)
集合框架被设计成要满足以下几个目标。
该框架必须是高性能的。基本集合（==动态数组，链表，树，哈希表==）的实现也必须是高效的。
该框架允许不同类型的集合，以类似的方式工作，具有高度的互操作性。
对一个集合的扩展和适应必须是简单的。

2.Java集合框架图

从上面的集合框架图可以看到，Java集合框架主要包括两种类型的容器
一种是集合（Collection），存储一个元素集合
另一种是图（Map），存储键/值对映射。
Collection 接口又有 3 种子类型:List、Set和Queue，
再下面是一些抽象类，最后是具体实现类

集合框架体系
使用的数据类型都是引用类型或者包装类型
集合框架是一个用来代表和操纵集合的统一架构。所有的集合框架都包含如下内容：
接口：是代表集合的抽象数据类型。例如 Collection、List、Set、Map 等。之所以定义多个接口，是为了以不同的方式操作集合对象
实现（类）：是集合接口的具体实现。从本质上讲，它们是可重复使用的数据结构，例如：ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。
算法：是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算，例如：搜索和排序。这些算法被称为多态，那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现

3.集合导图

除了集合，该框架也定义了几个 Map 接口和类。Map 里存储的是键/值对。java集合框架位于java.util包中,存储的时候都是以object类存储，因此在从集合中取出的数据要进行强制类型转换。
List 有三个儿子，我们到底使用谁呢?视需求而定，要安全吗？
要：Vector(即使安全，也不用，因为有替代品)
不要：ArrayList 或者LinkedList
查询多：ArrayList
增删多：LinkedList
Collections类可以对集合进行排序、查找和替换操作:
sort():排序
binarySearch()：
查找max()\min():查找最大\最小值

4.集合接口的描述

Collection接口:Collection 是最基本的集合接口，一个 Collection 代表一组 Object，即 Collection 的元素,
Java不提供直接继承自Collection的类，只提供继承于的子接口(如List和set)。
Collection接口存储一组不唯一，无序的对象。
Lsit接口:List接口是collection的子接口
Lsit接口是一个有序的 Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置，能够通过索引(元素在List中位置，类似于数组的下标)来访问List中的元素，第一个元素的索引为 0，而且允许有相同的元素。
List 接口存储一组不唯一，有序（插入顺序）的对象。
Set接口：
Set 具有与 Collection 完全一样的接口，只是行为上不同，Set 不保存重复的元素。
Set接口存储一组唯一，无序的对象。
SortedSet: ==继承==于Set保存有序的集合。
Map: Map 接口存储一组键值对象，提供key（键）到value（值）的映射。
Map.Entry:描述在一个Map中的一个元素（键/值对）。是一个Map的内部类。
** SortedMap**: ==继承==于 Map，使 Key 保持在升序排列。
Enumeration(被迭代器取代): 这是一个传统的接口和定义的方法，通过它可以枚举（一次获得一个）对象集合中的元素。

5.Set和List的区别

Set 接口实例存储的是无序的，不重复的数据。List 接口实例存储的是有序的，可以重复的元素。
Set检索效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变 <==实现类有HashSet,TreeSet==>。
List和数组类似，可以动态增长，根据实际存储的数据的长度自动增长List的长度。查找元素效率高，插入删除效率低，因为会引起其他元素位置改变 <实现类有==ArrayList,LinkedList,Vector==> (List默认长度为10，自动扩容第一次到15，第二次加7,即增加当前长度的50%)

6.集合的实现类

AbstractCollection:实现了大部分的集合接口。
AbstractList:继承于AbstractCollection 并且实现了大部分List接口。
AbstractSequentialList:继承于 AbstractList，提供了对数据元素的链式访问而不是随机访问。
LinkedList: 该类实现了List接口，允许有null（空）元素
主要用于创建链表数据结构，该类没有同步方法，如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步，解决方法就是在创建List时候构造一个同步的List。

List list=Collections.synchronizedList(newLinkedList(...));

ArrayList: 该类也是实现了List的接口，++实现了可变大小的数组++，随机访问和遍历元素时，提供更好的性能。==该类也是非同步的,在多线程的情况下不要使用==。ArrayList 增长当前长度的50%，插入删除效率低。
AbstractSet：继承于AbstractCollection并且实现了大部分Set接口。
HashSet: 该类实现了Set接口，不允许出现重复元素，不保证集合中元素的顺序，==允许包含值为null的元素，但最多只能一个==。
LinkedHashSet: 具有可预知迭代顺序的Set接口的哈希表和链接列表实现。
TreeSet: 该类实现了Set接口，可以实现排序等功能。
AbstractMap: 实现了大部分的Map接口
HashMap: HashMap 是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。该类实现了Map接口，根据键的HashCode值存储数据，具有很快的访问速度，==最多允许一条记录的键为null，不支持线程同步==。
TreeMap: 继承了AbstractMap，并且使用一颗树。
WeakHashMap: 继承AbstractMap类，使用弱密钥的哈希表。
LinkedHashMap:继承于HashMap，使用元素的自然顺序对元素进行排序.
IdentityHashMap:继承AbstractMap类，比较文档时使用引用相等。

7.集合相关的使用方法

实现一个类的对象之间比较大小，该类要实现Comparable接口
重写compareTo()方法

8.类的描述

Vector:该类和ArrayList非常相似，但是该类是同步的，可以用在多线程的情况，该类允许设置默认的增长长度，默认扩容方式为原来的2倍。
Stack:栈是Vector的一个子类，它实现了一个标准的后进先出的栈。
Dictionary: Dictionary 类是一个抽象类，用来存储键/值对，作用和Map类相似
Hashtable:Hashtable 是 Dictionary(字典) 类的子类，位于 java.util 包中。
Properties:Properties 继承于 Hashtable，表示一个持久的属性集，属性列表中每个键及其对应值都是一个字符串。
BitSet:一个Bitset类创建一种特殊类型的数组来保存位值。BitSet中数组大小会随需要增加。

9.集合算法

集合框架定义了几种算法，可用于集合和映射。这些算法被定义为集合类的静态方法。
集合定义三个静态的变量：EMPTY_SET，EMPTY_LIST，EMPTY_MAP的。这些变量都不可改变。
在尝试比较不兼容的类型时，一些方法能够抛出 ClassCastException异常。当试图修改一个不可修改的集合时，抛出UnsupportedOperationException异常。

10.如何使用迭代器(Iterator和ListIterator是接口)

一般遍历数组都是采用for循环或者增强for，这两个方法也可以用在集合框架，但是还有一种方法是采用==迭代器遍历集合框架==，它是一个对象，实现了Iterator 接口或ListIterator接口。
迭代器，使你能够通过循环来得到或删除集合的元素
ListIterator 继承了Iterator，==以允许双向遍历列表和修改元素==。

11.三种遍历集合的方法：

第三种方法是采用迭代器的方法，该方法可以不用担心在遍历的过程中会超出集合的长度。

import java.util.*;

public class Test{
 public static void main(String[] args) {
     List<String> list=new ArrayList<String>();
     list.add('Hello');
     list.add('World');
     list.add('HAHAHAHA');
     //第一种遍历方法使用foreach遍历List
     for (String str : list) {  //也可以改写for(int i=0;i<list.size();i++)这种形式
        System.out.println(str);
     }
     //第二种遍历，把链表变为数组相关的内容进行遍历
     String[] strArray=new String[list.size()];
     list.toArray(strArray);
     for(int i=0;i<strArray.length;i++) //这里也可以改写为  foreach(String str:strArray)这种形式
     {
        System.out.println(strArray[i]);
     }
    //第三种遍历 使用迭代器进行相关遍历

     Iterator<String> ite=list.iterator();
     while(ite.hasNext())//判断下一个元素之后有值
     {
         System.out.println(ite.next());
     }
 }
}

12.遍历map

import java.util.*;

public class Test{
     public static void main(String[] args) {
      Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
      map.put('1', 'value1');
      map.put('2', 'value2');
      map.put('3', 'value3');
      //第一种：普遍使用，二次取值
      System.out.println('通过Map.keySet遍历key和value：');
      for (String key : map.keySet()) {
       System.out.println('key= '+ key + ' and value= ' + map.get(key));
      }
      //第二种
      System.out.println('通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value：');
      Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();
      while (it.hasNext()) {
       Map.Entry<String, String> entry = it.next();
       System.out.println('key= ' + entry.getKey() + ' and value= ' + entry.getValue());
      }
      //第三种：推荐，尤其是容量大时
      System.out.println('通过Map.entrySet遍历key和value');
      for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
       System.out.println('key= ' + entry.getKey() + ' and value= ' + entry.getValue());
      }
      //第四种
      System.out.println('通过Map.values()遍历所有的value，但不能遍历key');
      for (String v : map.values()) {
       System.out.println('value= ' + v);
      }
     }
}

13.如何使用比较器

TreeSet和TreeMap的按照排序顺序来存储元素. 然而，这是通过比较器来精确定义按照什么样的排序顺序,这个接口可以让我们以不同的方式来排序一个集合。
使用 Java Comparator: 这里通过实例列出Comparator接口提供的所有方法

14.集合与数组的区别

长度区别
数组的长度固定
集合长度可变
内容不同
数组存储的是同一种类型的元素
集合是一个对象，可容纳其他对象的引用。集合接口声明对每一种类型的集合可以执行的操作。
元素的数据类型问题
数组可以存储基本数据类型，也可以存储引用数据类型
集合只能存储引用类型。

15.集合框架并发修改异常的产生原因及解决方案

问题：有一集合，需要判断里面有无某个元素，如果有，添加一个新元素，请用代码实现。
结果：ConcurrentModificationException ：当方法检测到对象的并发修改，但不允许这种修改时，抛出此异常。
产生的原因：
==迭代器是依赖与集合而存在的==，在判断成功后，集合中新添加了元素，而迭代器却不知道，所以报错了，==这个错误叫并发修改异常==,其实这个问题描述的是：迭代器遍历元素的时候，通过集合是不能修改元素的。
如何解决呢？
迭代器迭代元素，迭代器修改元素
而Iterator 迭代器却没有添加元素功能，所以我们使用其子接口ListIterator，结果是元素添加在刚才迭代的元素之后。
集合遍历元素，集合修改元素(普通for循环)；结果是新添加元素在最后添加的。

16.set集合去重原理

package org.u2.Day0319;
import java.util.HashSet;
import java.util.Scanner;
import java.util.Set;
public class demo {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        System.out.println('请输入数字：');
        int n = input.nextInt();
        Set set = new HashSet();
        int a = n / 2;
        for (int i = 0; i <=a ; i++) {
            //异或去重
            int q =i ^ (n - i);
            set.add(q);
        }
        System.err.println(set.size());
    }
}