面试题：Java集合框架高频面试题总结
# Java集合框架高频面试题总结
## 集合框架概述
1. **Java集合框架的主要组成部分**
- Collection接口
- List: 有序可重复
- Set: 无序不可重复
- Queue: 队列
- Map接口: 键值对存储
2. **集合框架的继承体系**
- Collection
- List → ArrayList, LinkedList, Vector
- Set → HashSet, LinkedHashSet, TreeSet
- Queue → PriorityQueue, ArrayDeque
- Map → HashMap, LinkedHashMap, TreeMap, Hashtable
## List相关
3. **ArrayList和Vector的区别**
| 特性 | ArrayList | Vector |
|------|-----------|--------|
| 线程安全 | 不安全 | 安全 |
| 扩容 | 1.5倍 | 2倍 |
| 性能 | 高 | 低 |
| 迭代器 | fail-fast | fail-fast |
4. **ArrayList的扩容机制**
- 初始容量10
- 扩容时newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)
- 使用Arrays.copyOf()复制到新数组
5. **LinkedList的实现原理**
- 基于双向链表实现
- 节点结构：prev, item, next
- 插入删除O(1)，查找O(n)
## Set相关
6. **HashSet的实现原理**
- 基于HashMap实现（使用PRESENT对象作为value）
- 依赖hashCode()和equals()保证元素唯一
- 无序存储
7. **LinkedHashSet的特点**
- 继承HashSet
- 内部使用LinkedHashMap
- 维护插入顺序的迭代顺序
8. **TreeSet的排序方式**
- 基于TreeMap实现
- 自然排序（元素实现Comparable）
- 定制排序（传入Comparator）
## Map相关
9. **HashMap的工作原理**
- 数组+链表+红黑树（JDK8+）
- 默认加载因子0.75，初始容量16
- 哈希冲突解决：链表法（>8转红黑树，<6退化为链表）
10. **HashMap的put方法流程**
1. 计算key的hash值
2. 如果数组为空则初始化
3. 计算桶位置：(n-1) & hash
4. 如果桶为空，直接插入
5. 否则处理冲突（链表/红黑树）
6. 如果key存在则覆盖value
7. 判断是否需要扩容
11. **HashMap为什么线程不安全**
- 多线程put可能导致数据丢失
- JDK7中resize可能导致环形链表
- 使用ConcurrentHashMap保证线程安全
12. **HashMap和Hashtable的区别**
| 特性 | HashMap | Hashtable |
|------|---------|-----------|
| 线程安全 | 不安全 | 安全 |
| null键值 | 允许 | 不允许 |
| 迭代器 | fail-fast | enumerator |
| 继承 | AbstractMap | Dictionary |
13. **ConcurrentHashMap的实现原理**
- JDK7: 分段锁（Segment）
- JDK8: CAS + synchronized
- Node数组+链表+红黑树
- 并发控制更细粒度
## 集合工具类
14. **Collections工具类常用方法**
- sort(): 排序
- shuffle(): 随机打乱
- reverse(): 反转
- synchronizedXxx(): 创建线程安全集合
- unmodifiableXxx(): 创建不可变集合
15. **Arrays工具类常用方法**
- sort(): 排序
- binarySearch(): 二分查找
- equals(): 比较数组
- fill(): 填充
- asList(): 数组转List（注意返回的是固定大小List）
## 迭代器
16. **fail-fast和fail-safe机制**
- fail-fast: 快速失败（ConcurrentModificationException）
- fail-safe: 安全失败（基于克隆，如ConcurrentHashMap）
- 实现原理：modCount计数器
17. **Iterator和ListIterator的区别**
- ListIterator可以双向遍历
- ListIterator可以修改集合（add/set）
- ListIterator可以获取当前位置
## 性能比较
18. **集合类的选择策略**
- 随机访问多：ArrayList
- 增删操作多：LinkedList
- 需要唯一性：HashSet
- 需要排序：TreeSet
- 键值存储：HashMap
- 线程安全：ConcurrentHashMap
19. **集合的遍历方式比较**
- for循环：ArrayList性能好
- 迭代器：通用方式
- forEach：简洁但性能略低
- Stream API：函数式风格
## Java 8+新特性
20. **Stream API常用操作**
- 创建流：stream(), parallelStream()
- 中间操作：filter(), map(), sorted(), distinct()
- 终止操作：forEach(), collect(), reduce()
21. **Optional的使用场景**
- 避免NullPointerException
- orElse(): 提供默认值
- orElseGet(): 延迟提供默认值
- ifPresent(): 值存在时执行操作
## 高级话题
22. **如何设计不可变集合**
- 使用Collections.unmodifiableXxx()
- 使用Guava的Immutable集合
- Java 9的List.of(), Set.of(), Map.of()
23. **深拷贝和浅拷贝在集合中的体现**
- 浅拷贝：只复制引用
- 深拷贝：复制对象本身
- 实现方式：序列化/clone方法
24. **如何解决Hash冲突**
- 开放地址法
- 链地址法（HashMap采用）
- 再哈希法
- 公共溢出区法
25. **红黑树的特点**
- 自平衡二叉查找树
- 节点是红色或黑色
- 根节点和叶子节点(NIL)是黑色
- 红色节点的子节点必须是黑色
- 从任一节点到其每个叶子的路径包含相同数目的黑色节点
这些集合相关面试题涵盖了Java集合框架的核心知识点，掌握它们可以帮助你在面试中游刃有余。建议结合实际代码示例理解这些概念，并思考它们在不同场景下的应用。