Java集合类面试题及原理

简介：
本资源深入剖析Java集合框架中的核心接口与实现类，涵盖ArrayList、LinkedList、HashSet等常用数据结构，并提供精选面试题目及其解答解析。 Java集合类包括各种容器（集合类），如ArrayList、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、TreeSet以及HashMap、LinkedHashMap和TreeMap等。 线程不安全的集合有：ArrayList, LinkedList, HashSet, LinkedHashSet 和 HashMap。 线程安全的实现可以使用Collections工具类，例如通过`Collections.synchronizedList()`或`Collections.synchronizedMap()`来包装一个非同步容器以获得其同步版本。此外，Java还提供了几个专门针对多线程环境设计的集合类：ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList和BlockingQueue等。 Map接口有三种主要实现： 1. HashMap - 采用哈希表结构存储键值对，并允许null作为键或值。 2. LinkedHashMap - 继承自HashMap，它在遍历元素时保持插入顺序或者访问顺序（根据构造函数的参数决定）。 3. TreeMap - 使用红黑树数据结构实现排序。 Map put过程：当调用put方法将一个新映射添加到哈希表中或替换现有键对应的值。此操作首先计算该映射的新条目的哈希码，然后使用给定的哈希码确定在散列表中的适当位置插入新的映射项（如果尚未存在具有相同key的对象，则创建一个新的节点；否则更新已有节点）。对于线程安全的需求，可以考虑使用ConcurrentHashMap。 特点：HashMap基于数组和链表实现，提供快速查找、添加和删除操作。它允许null键值对，并且不保证元素的顺序。 分段机制：ConcurrentHashMap通过将整个哈希表划分为多个小部分（称为“segment”），每个Segment本质上都是一个小型的hashmap, 每个段都有自己的锁，当线程更新或访问某个特定的部分时，它仅锁定该部分而不会影响其他部分。这使得并发操作可以同时在不同的分段上进行。 LinkedHashMap底层实现：使用哈希表和双向链表来维护元素顺序（插入顺序或者最近最少使用的顺序）。 TreeMap的原理基于红黑树结构以键值对的形式存储数据，保证了自然排序或自定义比较器指定的排序方式。它提供了高效的遍历功能。 区别： - Map是用于保存键值对的数据结构；Set则不允许重复元素，并且不关心插入顺序（除非使用LinkedHashSet）。 - ArrayList和LinkedList在访问速度上不同：ArrayList随机访问快，而LinkedList需要线性搜索，但在添加删除操作中更高效。 数据结构：ArrayList是一个动态数组实现的列表集合类。它的内部维护了一个Object类型的数组来存储元素，并且当超过容量时会进行扩容处理（通常是当前大小的1.5倍）。 CopyOnWriteArrayList原理在于每次对容器做出修改的时候，不是直接在原来的数据上操作，而是创建一个新的并把引用指向新的数据。 区别： - TreeSet是基于红黑树实现的有序集合；HashSet则使用哈希表来存储元素。TreeSet保证了自然顺序或自定义排序规则。 - HashSet底层结构是一个HashMap实例（键和值相同），而LinkedHashSet在每个节点中额外维护一个指针，以保持插入顺序。 BlockingQueue接口主要用于多线程环境中的生产者消费者模式下实现缓存队列功能。它提供了put()、take()等方法用于阻塞式操作，在元素到达之前调用take会一直等待直到有新元素加入；同理在满的时候调用put会被阻塞，直到有其他线程消费掉一些空间。 Stream接口是Java 8中引入的新特性之一，主要用于处理集合类的数据。它提供了一系列的方法来进行数据的过滤、映射和聚合操作等。 BlockingQueue方法设计：提供了队列操作的基本功能（如添加元素add()或put(), 移除元素remove()或take(), 检查队列状态size()等）并确保线程安全，通过阻塞机制实现了生产者消费者模式。