Топ-50 Java Core вопросов и ответов на собеседовании. Часть 2

Топ-50 Java Core вопросов и ответов на собеседовании. Часть 1

Collections

25. Что имеется в виду под Collections в Java?

Collection — это фреймворк, который создан для сохранения и манипуляции объектами. Используется для выполнения следующих операций:

• поиск;
• сортировка;
• манипуляция;
• добавление;
• удаление.

Все классы и интерфейсы для Collection фреймворка находятся в java.util пакете.

26. Какие классы и интерфейсы доступны в Collection фреймворке?

Интерфейсы:

• Collection;
• List;
• Set;
• Map;
• Sorted Set;
• Sorted Map;
• Queue.

Классы:

• Lists:
  1. ArrayList;
  2. LinkedList;
  3. Vector(deprecated).
• Sets:
  1. HashSet;
  2. LinkedHashSet;
  3. TreeSet.
• Maps:
  1. HashMap
  2. TreeMap
  3. HashTable (deprecated)
  4. LinkedHashMap
• Queue
  1. Priority Queue.

27. Что подразумевается под sorted и ordered в коллекциях?

Ordered (упорядочивание):

Это означает, что элементы, которые хранятся в коллекции, основаны на значениях, добавленных в коллекцию. Таким образом, мы можем перебирать значения из коллекции в определенном порядке. Другими словами это значит, что у элементов коллекции есть свой специфический порядок, согласно которому они расположены. Для лучшего понимания, коллекция, которая не упорядочена (ordered), хранит элементы в произвольном порядке. Например, Set.

Sorted (отсортированный):

Это значит, что группа элементов отсортирована в коллекции на основе данных элемента коллекции. То есть не только коллекция упорядочена (ordered), но еще и порядок элементов зависит от их значений. Этот порядок может меняться, если отсортировать по другому значению элемента.

28. Какие есть коллекции с List интерфейсом? Как происходит работа с List?

Значения элементов в лист базируются на их индексе — они упорядочены по индексу. Повторения элементов разрешены (то есть можно добавить один и тот же объект в коллекцию несколько раз, и это будет нормально).

ArrayList:

Самая распространенная коллекция. По сути, это массив с динамически расширяемым размером. Работа по управлению размером массива лежит на коллекции. Для нас важно понять, что в большинстве случаев это то, что нам нужно использовать. Особенности:

• быстрый перебор и быстрый поиск по индексу;
• коллекция упорядочена по индексу, но не сортирована;
• реализует RandomAccess интерфейс;
• медленное добавление в середину списка.

Пример:

public class A {

   public static void main(String[] args) {
       ArrayList names = new ArrayList<>();
       names.add("John");
       names.add("John");
       names.add("Roman");
       names.add("Ivan");
   }
  
}

>> output

   [John, John, Roman, Ivan]

В выводе видно, что это повторяемые элементы. Они выведены в порядке, в котором их записали. Что еще почитать? Да море информации, даже выходить из JavaRush не нужно:

• Подробный разбор класса ArrayList
• Класс ArrayList
• Работа ArrayList в картинках
• ArrayList в Java

Linked List:

Это коллекция, в которой каждый элемент имеет ссылку на предыдущий и следующий элементы. По этим ссылкам можно переходить от одного элемента к другому. При добавлении элемента просто меняются ссылки на предыдущий и следующий элементы:

• элементы связаны друг с другом, то есть реализован двусвязный список;
• общая скорость работы заметно ниже, чем в ArrayList;
• отличный выбор для большого количества вставок и удалений в середину массива;
• реализует интерфейсы списков Queue и Deque, поэтому и имеет их методы для работы.

Пример:

LinkedList<String> linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.add("One");
linkedList.add("Two");
linkedList.add("Three");

29. Расскажите о коллекции Map и ее реализациях?

Map — это коллекция ключ-значение (key-value). Есть уникальный ключ и значение, которое соответствует этому значению. Используется equals() и hashcode() методы для определения уникальности ключа.

HashMap:

• не отсортирован и не упорядочен;
• используют если не важны порядок и сортировка;
• поддерживает null ключ.

Пример:

public class CollectionExample {

   public static void main(String[] args) {
       HashMap positions = new HashMap<>();
       positions.put("junior", "Ivan");
       positions.put("middle", "Roman");
       positions.put("senior", "Vasily");
       positions.put("team lead", "Anton");
       positions.put("arthitect", "Andrew");
       positions.put("senior", "John");
       System.out.println(positions);
   }
}

// вывод в консоль
// {junior=Ivan, middle=Roman, senior=John, team lead=Anton, arthitect=Andrew}

Ключи всегда уникальны, поэтому записан только один senior.

LinkedHashMap:

• поддерживает порядок вставки;
• медленнее, чем HashMap;
• ожидается, что итерация быстрее, чем в HashMap.

Пример:

public class CollectionExample {

   public static void main(String[] args) {
       LinkedHashMap<String, String> positions = new LinkedHashMap<>();
       positions.put("junior", "Ivan");
       positions.put("middle", "Roman");
       positions.put("senior", "Vasily");
       positions.put("team lead", "Anton");
       positions.put("arthitect", "Andrew");
       positions.put("senior", "John");
       System.out.println(positions);
   }
}

// вывод в консоль
// {junior=Ivan, middle=Roman, senior=John, team lead=Anton, arthitect=Andrew}

TreeMap:

Реализация мапы, которая сохраняет записи отсортированными в соответствии с естественным порядком их ключей или, что еще лучше, с использованием компаратора, если он предоставляется в конструкторе при создании мапы. Пример:

1. Без компаратора

   
   public class CollectionExample {
   
      public static void main(String[] args) {
          TreeMap<Integer, String> positions = new TreeMap<>();
          positions.put(1, "Ivan");
          positions.put(3, "Roman");
          positions.put(2, "Vasily");
          positions.put(10, "Anton");
          positions.put(7, "Andrew");
          positions.put(1, "John");
          System.out.println(positions);
      }
   }
   
   // вывод в консоль
   // {1=John, 2=Vasily, 3=Roman, 7=Andrew, 10=Anton}
   

2. С компаратором

   
   public class CollectionExample {
   
      public static void main(String[] args) {
          //используем реализацию Strategy Pattern'a и добавим компаратор:
          TreeMap<Integer, String> positions = new TreeMap<>(Comparator.reverseOrder());
          positions.put(1, "Ivan");
          positions.put(3, "Roman");
          positions.put(2, "Vasily");
          positions.put(10, "Anton");
          positions.put(7, "Andrew");
          positions.put(1, "John");
          System.out.println(positions);
      }
   }
   
   // вывод в консоль
   // {10=Anton, 7=Andrew, 3=Roman, 2=Vasily, 1=John}
   

Видим, что стандартно реализована сортировка в порядке возрастания, но это можно изменить, добавив компаратор в конструктор. Хорошо описана TreeMap здесь.

30. Расскажите о коллекции Set и ее реализациях?

Set — это множество уникальных элементов, и это ее главная особенность. То есть Set не допускает повторения одних и тех же элементов. Здесь важно, чтобы у объектов, которые добавляются, был реализован метод equals.

HashSet:

• не отсортирован и не упорядочен. Под капотом там HashMap с заглушкой для значения. Посмотрите сами ;)
• использует hashCode для добавления объектов;
• стоит использовать, когда нужно иметь уникальные объекты и их порядок не важен.

Пример:

public class CollectionExample {

   public static void main(String[] args) {
       HashSet<String> positions = new HashSet<>();
       positions.add("junior");
       positions.add("junior");
       positions.add("middle");
       positions.add("senior");
       positions.add("team lead");
       positions.add("architect");
       System.out.println(positions);
   }
}

// вывод в консоль
// [senior, middle, team lead, architect, junior]

Здесь видно, что элемент “junior”, который дважды добавлен, присутствует только в единичном экземпляре. И порядок не такой же, как при добавлении.

LinkedHashSet:

• упорядоченная версия HashSet;
• поддерживает двусвязный список для всех элементов;
• использовать его, когда требуется упорядоченность при итерации.

Пример:

public class CollectionExample {

   public static void main(String[] args) {
       LinkedHashSet<String> positions = new LinkedHashSet<>();
       positions.add("junior");
       positions.add("junior");
       positions.add("middle");
       positions.add("senior");
       positions.add("team lead");
       positions.add("architect");
       System.out.println(positions);
   }
}

// вывод в консоль
// [senior, middle, team lead, architect, junior]

TreeSet:

• одна из двух сортированных коллекций;
• использует структуру красно-черного дерева и гарантирует, что элементы будут в возрастающем порядке;
• под капотом это TreeMap с заглушкой на значениях. А элементами TreeSet являются ключи к TreeMap (также посмотрите ;)).

Пример:

public class CollectionExample {

   public static void main(String[] args) {
       TreeSet<String> positions = new TreeSet<>();
       positions.add("junior");
       positions.add("junior");
       positions.add("middle");
       positions.add("senior");
       positions.add("team lead");
       positions.add("architect");
       System.out.println(positions);
   }
}

// вывод в консоль
// [architect, junior, middle, senior, team lead]

Exceptions

31. Что такое Exception?

Exception — это проблема, которая может возникнуть в runtime. Это исключительная ситуация, которая возникает из-за каких-то причин. Диаграмма наследования исключений выглядит так (нужно знать ее назубок ;) ): На диаграмме видно, что в целом все исключения делятся на две группы — exceptions и error. Error — используются JVM для отображения ошибок, после которых работа приложения уже не имеет смысла. Например StackOverFlowError, которая говорит, что стек заполнен и программа уже не может работать. Exception — исключения, которые генерируются программно в коде. Есть разные исключения, проверяемые и непроверяемые, но главное, что они есть, и их можно перехватить и продолжить работу приложения. Exceptions, в свою очередь, еще делятся на тех, кто наследуется от RuntimeException и других наследников Exception. В рамках этого вопроса информации достаточно. О том, что такое проверяемые / непроверяемые исключения, поговорим ниже.

32. Как JVM обрабатывает исключения?

Как это работает? Как только где-то создается исключение, runtime создает Exception Object (обозначим как ExcObj). В нем хранится вся необходимая для работы информация — само исключение, которое вызывалось и место, где это произошло. Создание ExcObj и передача в runtime есть ничто иное как “выбрасывание исключения”. ExcObj содержит методы, по которым можно дойти до место создания исключения. Это множество методов называется Call Stack. Далее, runtime система ищет метод в Call Stack, который сможет обработать наше исключение. Если он таки находит соответствующий обработчик, то есть тип исключения совпадает с типом в обработчике, все хорошо. Если не находит, то runtime передает всё в default exception handler, который подготавливает ответ и завершает работу. Как это выглядит наглядно:

/**
* Пример, в котором показываются две опции — когда находится обработчик для исключения и когда нет.
*/
class ThrowerExceptionExample {

   public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException {

       ThrowerExceptionExample example = new ThrowerExceptionExample();

       System.out.println(example.populateString());
   }

   /**
    * Здесь происходит перехват одного из возможных исключений — {@link IOException}.
    * А вот второй будет пробрасываться дальше вверх по вызову.
    */
   private String populateString() throws IllegalAccessException {
       try {
           return randomThrower();
       } catch (IOException e) {
           return "Caught IOException";
       }
   }

   /**
    * Здесь две опции: или бросается {@link IOException} или {@link IllegalAccessException}.
    * Выбирается случайным образом.
    */
   private String randomThrower() throws IOException, IllegalAccessException {
       if (new Random().nextBoolean()) {
           throw new IOException();
       } else {
           throw new IllegalAccessException();
       }
   }
}

В нашем случае CallStack схематично будет иметь вид:

randomThrower() => populateString() => main(String[] args)

Есть две опции: случайным образом будет выброшено одно или другое исключение. Для IOException все ок, если будет сгенерировано оно, то результатом работы будет: "Caught IOException". А вот если будет второе исключение, обработчика на которого нет, программа будет остановлена с таким выводом:

Exception in thread "main" java.lang.IllegalAccessException
  at ThrowerExceptionExample.randomThrower(CollectionExample.java:38)
  at ThrowerExceptionExample.populateString(CollectionExample.java:24)
  at ThrowerExceptionExample.main(CollectionExample.java:15)

33. Как программистам обрабатывать исключения?

В вопросах выше уже использовались те или иные ключевые слова для работы с исключениями, теперь нужно поговорить о них более подробно. Какие есть ключевые слова?

• try
• catch
• throw
• throws
• finally

Важно отметить, что catch, throw и throws можно использовать только с java.lang.Throwable. С другими типами работать это не будет. Сейчас обсудим именно try, catch и finally.

• try-catch-finally — это конструкция, при помощи которой можно правильным образом перехватить и обработать исключение.
• try — может быть только один раз, в нем и происходит логика;
• catch — блок, который принимает какой-то тип исключения, их может быть множество. Например, в блоке try будет генерироваться несколько исключений, которые никак друг с другом не связаны;
• finally — “наконец-то” и этот блок. Это блок, который выполнится в любом случае, независимо от того, что делается в try, catch.

Вот как это выглядит:

try {
   // сюда передают тот код, который может вызвать исключение.
} catch (IOException e) {
   // первый catch блок, который принимает IOException и все его подтипы(потомки).
   // Например, нет файла при чтении, выпадает FileNotFoundException, и мы уже соответствующе
   // обрабатываем это.
} catch (IllegalAccessException e) {
   // если нужно, можно добавить больше одного catch блока, в этом нет проблем.
} catch (OneException | TwoException e) {
   // можно даже объединять несколько в один блок
} catch (Throwable t) {
   // а можно сказать, что мы принимаем ВСЁ))))
} finally {
   // этот блок может быть, а может и не быть.
   // и он точно выполнится.
}

Внимательно вчитайтесь в описание примера и будет всё ясно)

34. throw и throws в Java

throw

throw используют в случае, когда нужно явно создать новое исключение. Применяют его для создания и выбрасывания пользовательских исключений. Например, исключения, связанные с валидацией. Обычно для валидации наследуются от RuntimeException. Пример:

// пример пробрасывания исключения
throw new RuntimeException("because I can :D");

Важно, что использовать эту конструкцию можно только тем, что наследуется от Throwable. То есть, нельзя сказать так:

throw new String("как тебе такое, Илон Маск?");

Далее, работа потока обрывается и начинается поиск обработчика, который смог бы обработать его. Когда не находит, идет к методу, который вызвал его, и так поиск будет идти наверх по строке вызовов пока либо не найдет соответствующий обработчик, либо оставит работу приложения. Смотрим:

// Пример, который демонстрирует работу throw
class ThrowExample {

   void willThrow() throws IOException {
       throw new IOException("Because I Can!");
   }

   void doSomething() {
       System.out.println("Doing something");
       try {
           willThrow();
       } catch (IOException e) {
           System.out.println("IOException was successfully handled.");
       }
   }

   public static void main(String args[]) {
       ThrowExample throwExample = new ThrowExample();
       throwExample.doSomething();
   }
}

Если запустить программу, получим такой результат:

Doing something
IOException was successfully handled.

throws

throws — механизм, при помощи которого метод может выбрасывать одно или более исключений. Добавляются они через запятую. Смотрим как это легко и просто:

private Object willThrow() throws RuntimeException, IOException, FileNotFoundException

Причем важно отметить, что могут быть как проверяемые таки непроверяемые исключения. Разумеется, что непроверяемые исключения можно и не добавлять в throws, но правила хорошего тона говорят об обратном. Если это проверяемые, то используя метод, который их генерирует, нужно как-то его обработать. Есть два варианта:

1. Написать try-catch с соответствующим и выше по наследованию исключением.
2. Использовать throws точно так же, чтобы эта проблема была уже у кого-то другого :D

35. Checked и Unchecked исключения в Java

B Java есть два типа исключений — checked и unchecked.

Checked исключения:

Это исключения, которые проверяются во время компиляции. Если какой-то код в методе во время исключения выдает checked исключение, метод обязан либо обработать его при помощи try-catch, либо пробросить его дальше На примере, который считывает картинку из пути "/users/romankh3/image.png", обновляет ее каким-то образом(для нас это не важно) и сохраняет ее обратно.

class CheckedImageExample {
   public static void main(String[] args) {
       File imageFile = new File("/users/romankh3/image.png");
       BufferedImage image = ImageIO.read(imageFile);
       updateAndSaveImage(image, imageFile);
   }

   private static void updateAndSaveImage(BufferedImage image, File imageFile) {
       ImageIO.write(image, "png", imageFile);
   }
}

Такой код компилироваться не будет, так как статические методы ImageIO.read() и ImageIO.write() выбрасывают исключение IOException, которое является checked (проверяемым) и должно соответственно быть обработанным. Здесь две опции, которые мы уже обсудили выше: или использовать try-catch, или пробросить дальше. Для лучшего усвоения сделаем и так, и эдак. То есть в методе updateAndSave просто пробросим, а уже в главном методе воспользуемся try-catch:

class CheckedImageExample {
   public static void main(String[] args) {
       File imageFile = new File("/users/romankh3/image.png");
       try {
           BufferedImage image = ImageIO.read(imageFile);
           updateAndSaveImage(image, imageFile);
       } catch (IOException e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }

   private static void updateAndSaveImage(BufferedImage image, File imageFile) throws IOException {
       ImageIO.write(image, "png", imageFile);
   }
}

Unchecked исключения:

Это те исключения, которые на этапе компиляции не проверяются. То есть метод может генерировать RuntimeException, а компилятор не напомнит каким-то образом это обработать. Как показано ниже, у нас все, кто наследуются от RuntimeException и Error являются непроверяемыми. Рассмотрим следующую Java-программу. Код прекрасно компилируется, но при запуске выдает исключение ArrayIndexOutOfBoundsException. Компилятор позволяет его компилировать, потому что ArrayIndexOutOfBoundsException является непроверенным исключением. Обычная ситуация с массивом, которая может быть:

class CheckedImageExample {
   public static void main(String[] args) {
       int[] array = new int[3];
       array[5] = 12;
   }
}

Результатом будет:

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 5
  at main(CheckedImageExample.java:12)

Кстати, вы уже заметили, что в Java короткие имена никто не дает? Чем больше, тем лучше. Он, Spring Framework, в этом при успел очень сильно: возьми только какой-нибудь BeanFactoryPostProcessor класс)))

36. Что такое try-with-resources?

Это механизм, при помощи которого нужно правильно закрывать все ресурсы. Как-то не понятно, да?) Для начала, что такое ресурс... Ресурс — это объект, после работы с которым нужно закрыть его, то есть вызвать метод close(). Ресурсом называются все объекты, которые реализуют интерфейс AutoClosable, который, в свою очередь реализует интерфейс Closeable. Для нас важно понять, что все InputStream, OutpuStream являются ресурсами и их нужно правильно и успешно высвобождать. Вот как раз для этого и нужно нам использовать try-with-resource конструкцию. Вот как она выглядит:

private void unzipFile(File zipFile) throws IOException {
   try(ZipInputStream zipOutputStream = new ZipInputStream(new FileInputStream(zipFile))) {
       ZipEntry zipEntry = zipOutputStream.getNextEntry();
       while (zipEntry != null) {
          
       }
   }
}

private void saveZipEntry(ZipEntry zipEntry) {
   // логика сохранения
}

Вот этом примере ресурс — это ZipInputStream, после работы с которым нужно будет закрыть его. И чтоб не думать о том, что нужно вызвать метод close(), мы просто определяем эту переменную в блоке try, как показано в примере и в рамках этого блока выполняем все необходимое. Что делает пример? Он разархивирует zip архив. Для этого нужно воспользоваться InputStream’ом. Определять можно больше одной переменной, разделяют их точкой с запятой. А в чем проблема? Но ведь можно использовать finally блок, — возможно, скажете вы. Вот статья, в которой подробно описываются проблемы с этим подходом. Также в ней описывается весь перечень неудач, которые могут постигнуть того, кто пренебрежет использованием этой конструкции. Рекомендую к прочтению ;) В завершающей части — вопросы/ответы по теме Multithreading. Мой профиль на GitHub