Java のコレクションクラスに関する面接でよくある質問 (パート 1)

Java のコレクションは間違いなく非常に重要な領域であり、新人プログラマーと経験豊富なプログラマーの両方の面接でコレクションに関する質問が行われます。このトピックは非常に広大なので、完全にカバーすることはほとんど不可能です。それでも、私のこれまでのインタビューに基づいて、準備しておくべき良い質問をできるだけ多くリストアップするつもりです。 Java のコレクションクラスに関する面接でよくある質問 (パート 1) - 1

質問は複雑なものと単純なものの両方があるため、質問が原始的すぎると思われる場合でも、経験の浅いプログラマーにとっては最適であることを忘れないでください。

この記事の質問:

一般的な問題

Java のコレクションとは何ですか? それらの利点を列挙する
コレクション階層について教えてください
なぜコレクションはインターフェイスを継承しないのでしょうかCloneable?Serializable
Mapインターフェイスがインターフェイスを継承しないのはなぜですかCollection?

リストに関する質問

なぜリストを使用するのでしょうか? インターフェイスを実装する主なクラスは何ですかList?
文字列の配列をに変換するにはどうすればよいですかArrayList?
リストを逆順に並べ替えるにはどうすればよいですか?

セットに関する質問

なぜセットを使用するのでしょうか? インターフェイスを実装する主なクラスは何ですかSet?
要素はどのように格納されますかHashSet?
要素をまたはnullに追加できますか?TreeSetHashSet

辞書に関する質問

なぜ辞書を使うのでしょうか? インターフェイスを実装する主なクラスは何ですかMap?
IdentityHashMapとは何ですかWeakHashMap?
これが何なのか説明してくださいConcurrentHashMap。どのように機能するのでしょうか?
辞書はどのように機能するのでしょうか?
適切な辞書キーを作成するにはどうすればよいでしょうか?
インターフェースはどのようなコンテンツビューを提供しますかMap?
HashMapいつ使用する必要がありますTreeMapか?

異なるコレクション間の違いに関する質問

Setとはどう違いますかList？
Listとはどう違いますかMap？
HashMapとの違いに名前を挙げてくださいHashTable?
Vectorとはどう違いますかArrayList？
Iteratorとはどう違いますかEnumeration？
HashMapとはどう違いますかHashSet？
Iteratorとはどう違いますかListIterator？
TreeSetとはどう違いますかSortedSet？
ArrayListとはどう違いますかLinkedList？

さらに質問

コレクションを読み取り専用にするにはどうすればよいですか?
スレッドセーフなコレクションを作成するにはどうすればよいですか?
Iterator.add()コレクションに要素を追加するメソッドがないのはなぜですか?
リストの要素を反復するにはどのような方法がありますか?
iterator プロパティが機能することをどのように理解していますかfail-fast?
fail-fastとはどう違いますかfail-safe？
ConcurrentModificationExceptionコレクションを反復処理する際に回避するにはどうすればよいでしょうか?
どうしたのUnsupportedOperationException？
任意の要素へのアクセスを許可するコレクションクラスはどれですか?
どうしたのBlockingQueue？
キューとスタックとは何ですか? それらの違いを挙げてください。
Comparableインターフェースとは何ですかComparator?
Collectionsクラスとは何ですかArrays?
中古文献リスト

時間を無駄にせずに、説明を始めましょう。

一般的な問題

Java のコレクションとは何ですか? それらの利点を挙げてください。

По определению — коллекция это an object представляющий собой группу an objectов. Как в теории множеств — множество это группа an objectов. Просто, не так ли? До выхода JDK 1.2, существовали классы такие How Vector и HashTable, но не было фреймворка Collection. Потом было решено добавить поддержку многократно используемых структур данных. Данный фреймворк был разработан преимущественно Джошуа Блохом, и впервые появился в JDK 1.2.

В качестве главных преимуществ мы можем перечислить:
- Уменьшаются затраты времени на написание codeа
- Улучшается производительность, благодаря использованию высокоэффективных алгоритмов и структур данных
- Коллекции являются универсальным способом хранения и передачи данных, что упрощает взаимодействие разных частей codeа
- Простота в изучении, потому что необходимо выучить только самые верхние интерфейсы и поддерживаемые операции
Расскажите про иерархию коллекций?

Как показано на картинке, фреймворк коллекций содержит один интерфейс верхнего уровня — Collection, от которого наследуются Set, List и Queue. Ниже мы рассмотрим еще множество классов, содержащихся в этих трех ветвях. Запомните заголовок интерфейса Collection, это поможет вам с многими вопросами.
```
public interface Collection extends Iterable {
//описание методов
}
```
Также фреймворк содержит интерфейс Map, который не является наследником интерфейса Collection. Причину почему он не наследует Collection, мы разберем в четвертом вопросе.
Почему коллекции не наследуют интерфейсы Cloneable и Serializable?

Ну, простейший ответ — "потому что не надо". Функционал предоставляемый интерфейсами Cloneable и Serializable просто не нужен для коллекций.

Еще одна причина — далеко не всегда нужен подкласс Cloneable потому что каждая операция клонирования потребляет очень много памяти, и неопытные программисты могут расходовать ее сами не понимая последствий.

И последняя причина — клонирование и сериализация являются очень узкоспецифичными операциями, и реализовывать их нужно только когда это необходимо. Многие классы коллекции реализуют данные интерфейсы, но совершенно незачем закладывать их для всех коллекций вообще. Если вам нужно клонирование и сериализация - просто воспользуйтесь теми классами где она есть, если нет — остальными классами.
Почему интерфейс Map не наследует интерфейс Collection?

Хороший ответ на этот вопрос — "потому что они несовместимы". В интерфейсе Collection описан метод add(Object o).

Словари не могут содержать этот метод, потому что работают с парами ключ/meaning. Также, словари имеют представления keySet, valueSet, которых нет в коллекциях.

В связи с этими различиями, интерфейс Map не может наследовать интерфейс Collection, и представляет собой отдельную ветвь иерархии.

Вопросы про списки

Почему мы используем списки? Какие основные классы реализуют интерфейс List?

Списки в Java это упорядоченная коллекция элементов. Каждый элемент имеет индекс, начинающийся с нуля. Все индексы уникальны. Кроме методов описанных в интерфейсе Collection, списки имеют свои собственные методы, в основном для работы с elementми коллекциями по их индексу. Можно разделить эти методы на 3 группы — поиск element, получение конкретного element, перебор коллекции и выборка подгруппы. Все эти операции могут производиться по индексу element.

Основные классы, реализующие интерфейс List это Stack, Vector, ArrayList и LinkedList. За более подробной информацией по ним, обратитесь к documentации.
Как преобразовать массив строк в ArrayList?

Вопрос этот несколько глубже чем просто по программированию, How это видится новичкам. Цель его — проверить знание кандидатом служебных классов фреймворка Collection. Рассмотрим два таких класса, наиболее востребованных на собеседованиях — Collections и Arrays.

Класс Collections предоставляет статические методы для операций над коллекциями. Соответственно Arrays предоставляет статические методы для операций над массивами.
```
String[] words = {"аз", "буки", "веди", "глагол", "добро"};
//Как вы можете обратить внимание, у нас есть массив строк String[] words.
//В котором у нас лежат 5 строк.
List wordList = Arrays.asList(words);
//легким движением руки, а точнее вызовом Arrays.asList() мы превратor наш
//массив строк в список List wordList.
```
Также хотелось бы отметить, что этот метод способен обрабатывать не только строки, он создаст список элементов любого типа, которого был массив.
```
Integer[] nums = {1, 2, 3, 4};
List numList = Arrays.asList(nums);
```
Как отсортировать список в обратном порядке?

Как и предыдущий, этот вопрос проверяет ваше знание служебных классов Collection
```
List reversedList = Collections.reverse(list);
```

Вопросы про множества

Почему мы используем множества? Какие основные классы реализуют интерфейс Set?

Он моделирует математическое множество, из теории множеств. Интерфейс Set похож на List, но имеет некоторые отличия. Первое — это не упорядоченная коллекция. Следовательно, добавление/удаление элементов не требует их сортировки. Главная особенность множеств - уникальность элементов, то есть один и тот же элемент не может содержаться в множестве дважды.

Очень важными для функционирования множеств являются методы equals() и hashCode(), они позволяют сравнивать множества разных классов. Два множества являются идентичными только если они содержат одни и те же элементы.

Как следует из вышеизложенного, множества не поддерживают операций основанных на индексе element, How списки. Множества имеют только те методы которые описаны в интерфейсе Collection

Основными классами, реализующими интерфейс Set, являются EnumSet, HashSet, LinkedHashSet и TreeSet. Если хотите узнать больше — почитайте соответствующие разделы documentации Java.
Как хранятся элементы в HashSet?

Как вы уже в курсе, HashMap хранит пары ключ/meaning, и ключи должны быть уникальны. HashSet использует эту особенность HashMap для обеспечения уникальности своих элементов. В классе HashSet, словарь описан следующим образом:
```
private transient HashMap<E, Object> map;
private static final Object PRESENT = new Object();
```
Итак, когда вы сохраняете элемент в множестве, оно кладет данный элемент в качестве ключа в словарь, а meaningм идет an object PRESENT, How это описано ниже:
```
public boolean add(E e) {
  return map.put(e, PRESENT) == null;
}
```
Я настоятельно рекомендую вам прочесть эту статью, это поможет вам с легкостью ответить на все связанные с HashMap вопросы.
Может ли элемент null быть добавлен в TreeSet or HashSet?

Как видно из предыдущего ответа, в методе add() нет проверки на null. Также, HashMap позволяет один ключ null, следовательно, один элемент null может быть добавлен в HashSet.

TreeSet работает по тому же принципу что и HashSet, но использует NavigableMap для хранения элементов
```
private transient NavigableMap<E,Object> m;
private static final Object PRESENT = new Object();
```
NavigableMap это класс-наследник SortedMap, а SortedMap не позволяет использование ключей null. Следовательно, и TreeMap не поддерживает хранение элементов типа null. Если вы попробуете добавить null в TreeSet, получите исключение NullPointerException.

Вопросы про словари

Почему мы используем словари (Map)? Какие основные классы реализуют интерфейс Map?

Словари — специальный тип коллекции, которая используется для хранения пар ключ/meaning. По этой причине он не является наследником интерфейса Collection. Словарь предоставляет методы для добавления пар ключ/meaning, удаления, поиска и перебора по предоставляемым словарем представлениям данных.

Основные классы реализующие интерфейс Map: HashMap, Hashtable, EnumMap, IdentityHashMap, LinkedHashMap и Properties.
What такое IdentityHashMap и WeakHashMap?

IdentityHashMap похож на HashMap за одним исключением — для сравнения an objectов используется сравнение указателей на an objectы, если указатели не равны (указывают на an objectы лежащие по разным addressм), значит an objectы считаются различными.

IdentityHashMap является довольно редко используемым. Хотя он реализует интерфейс Map, он нарушает один из основных принципов устройства Map, который требует использования метода equals() для сравнения an objectов.

IdentityHashMap используется только в тех случаях, когда требуется сравнение an objectов по их addressм.

WeakHashMap это реализация интерфейса Map, которая содержит слабые ссылки на элементы. То есть, если за пределами WeakHashMap не осталось ни одной ссылки на его элемент, этот элемент удаляется сборщиком мусора. Класс предназначен для использования с an objectми, у которых метод equals() проверяет идентичность an objectов с помощью оператора ==. После того How элемент будет удален сборщиком мусора, он уже не может быть восстановлен, и к большому удивлению программиста найти его в словаре больше не получится.
Объясните что такое ConcurrentHashMap? Как оно работает?

Взято с официальной documentации:
Реализация словаря fully поддерживающая многопоточное добавление/удаление/поиск элементов. Данный класс следует тем же спецификациям что и Hashtable, и содержит методы соответствующие методам Hashtable. Однако, хотя все операции являются потокобезопасными, операция по выборке элементов не блокирует таблицу, и вообще нет возможности запретить весь доступ к таблице. Этот класс совместим с Hashtable во всем кроме вопросов многопоточной синхронизации.
Как работает hashmap?

Самый важный вопрос, который скорее всего будет задан на собеседовании программисту любого уровня. Вы должны хорошо разбираться в этой теме, и не только потому что это самый задаваемый вопрос, но и потому что понимание устройства hashmap позволяет вам легче разобраться в других особенностях работы коллекций.

Ответ на этот вопрос очень обширный, и fully его можно прочесть в этой статье — How работает hashmap. А на данный момент просто запомните что HashMap работает на основе хэширования. Словарь, по определению, это an object который связывает ключи и значения. Для хранения таких структур, он использует внутренний класс Entry.
```
static class Entry implements Map.Entry
{
final K key;
V value;
Entry next;
final int hash;
...//Еще много codeа тут
}
```
Переменные key и value служат для хранения ключа и значения. А сами an objectы Entry лежат в массиве.
```
/**
* Размер таблицы меняется по необходимости,
* и обязательно должен быть equals степени двойки
*/
transient Entry[] table;
```
Индекс нужного element в массиве вычисляется по хэш-codeу ключа. Больше информации можете получить по ссылке в начале ответа.
Как создать хороший ключ для словаря?

Следующий хороший вопрос, который обычно задают следом за вопросом о функционировании HashMap. Итак, главное ограничение — ключ должен быть таким, чтобы потом по нему можно было получить из словаря meaning. Иначе в его использовании просто нет смысла. Если вы понимаете How функционирует hashmap, вы знаете что его работа сильно зависит от методов hashCode() и equals() an objectов-ключей.

Как следует из вышеизложенного, хороший ключ должен давать один и тот же hashCode снова и снова, независимо от того сколько раз он запрашивается. А также, одинаковые ключи, при вызове метода equals() должны возвращать true, а разные — false.

Из чего следует, что лучшими кандидатами на роль ключа являются неизменяемые классы.

Можете почитать еще по addressу.
Какие представления содержимого предоставляет интерфейс Map?

Интерфейс Map предоставляет три представления хранящихся данных:
- множество всех ключей
- множество всех значений
- множество an objectов Entry, содержащих в себе и ключ и meaning
Перемещаться по ним можно с помощью итераторов.
Когда нужно использовать HashMap, а когда TreeMap?

HashMap это очень широко используемый класс, и вы это знаете. Так что, я ограничусь тем, что скажу что в нем хранятся пары ключ/meaning и он позволяет проводить над ними многие операции.

TreeMapこれは特別な品種ですHashMap。違いは、キーがTreeMap順序正しく保存されることです。デフォルトは「自然ソート」です。キーの並べ替えにそのメソッドが使用されるクラスのインスタンスを提供することでComparator、並べ替えをオーバーライドできます。compare

辞書に追加されるすべてのキーはインターフェイスを実装する必要があることに注意してくださいComparable(これは並べ替えに必要です)。さらに、すべてのキーは相互に互換性がある必要があります。キーを呼び出して辞書に保存して k1.compareTo(k2)はなりません。ユーザーがこの条件に違反するキーをディクショナリに入力しようとした場合 (たとえば、すべてのキーがタイプであるディクショナリに文字列キーを入力した場合)、メソッドはを呼び出す必要があります。ClassCastExceptionk1k2Integerput(Object key, Object value)ClassCastException

原著

TO VIEW ALL COMMENTS OR TO MAKE A COMMENT,
GO TO FULL VERSION

Java のコレクション クラスに関する面接でよくある質問 (パート 1)