Java 集合類別的常見面試問題（第 1 部分）

毫無疑問，Java 中的集合是一個非常重要的領域，無論是新手還是經驗豐富的程式設計師，在面試中都會被問到有關集合的問題。這個主題是如此之大，幾乎不可能完全涵蓋它。儘管如此，根據我之前的採訪，我會嘗試列出盡可能多的好問題，讓您做好準備。 這些問題既複雜又簡單，因此，如果問題對您來說太原始，請不要忘記它對於經驗不足的程式設計師來說是完美的。

本文中的問題：

一般問題

1. Java 中的集合是什麼？列出他們的優勢
2. 告訴我們有關集合層次結構的信息
3. 為什麼集合不繼承介面Cloneable和Serializable？
4. 為什麼Map介面不繼承介面Collection呢？

關於列表的問題

5. 我們為什麼要使用清單？哪些主要類別實作了該介面List？
6. 如何將字串陣列轉換為ArrayList？
7. 如何對列表進行逆序排序？

關於套裝的問題

8. 為什麼我們要使用集合？哪些主要類別實作了該介面Set？
9. 元素如何儲存在 中HashSet？
10. or可以null加入一個元素嗎？TreeSetHashSet

關於字典的問題

11. 我們為什麼要使用字典？哪些主要類別實作了該介面Map？
12. 什麼是IdentityHashMap和WeakHashMap？
13. 解釋一下它是什麼ConcurrentHashMap？它是如何運作的？
14. 字典如何運作？
15. 如何創建一個好的字典鍵？
16. 該介面提供哪些內容視圖Map？
17. 什麼時候應該使用它HashMap以及什麼時候應該使用它TreeMap？

關於不同集合之間差異的問題

18. Set和之間有什麼差別List？
19. List和之間有什麼差別Map？
20. HashMap說出和之間的區別HashTable?
21. Vector和之間有什麼差別ArrayList？
22. Iterator和之間有什麼差別Enumeration？
23. HashMap和之間有什麼差別HashSet？
24. Iterator和之間有什麼差別ListIterator？
25. TreeSet和之間有什麼差別SortedSet？
26. ArrayList和之間有什麼差別LinkedList？

還有更多問題

27. 如何將集合設定為唯讀？
28. 如何製作線程安全的集合？
29. 為什麼沒有一種方法Iterator.add()可以將元素加入集合？
30. 有哪些方法可以迭代列表的元素？
31. 您如何理解迭代器屬性的工作原理fail-fast？
32. fail-fast和 和有什麼差別fail-safe？
33. ConcurrentModificationException迭代集合時如何避免？
34. 發生了什麼事UnsupportedOperationException？
35. 哪些集合類別可以存取任何元素？
36. 發生了什麼事BlockingQueue？
37. 什麼是佇列和堆疊，列出它們之間的差異？
38. 什麼是介面Comparable和Comparator？
39. 什麼是類別Collections和Arrays？
40. 使用文獻清單

不浪費時間，讓我們開始解釋。

一般問題

1. Java 中的集合是什麼？列出他們的優點？

   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

2. 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.

3. 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.

4. 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

5. 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.

6. 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);

7. 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

8. 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.

9. 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.

10. 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

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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這是一個特殊的品種HashMap。不同之處在於密鑰TreeMap是按順序儲存的。預設為“自然排序”。您可以透過提供類別的實例來覆寫排序Comparator，該類別的方法compare將用於對鍵進行排序。

    請注意，添加到字典中的所有鍵都必須實作該介面Comparable（這是排序所必需的）。此外，所有鍵必須相互相容： k1.compareTo(k2)不應調用ClassCastException任何鍵k1並k2儲存在字典中。如果使用者嘗試將違反此條件的鍵放入字典中（例如，將字串鍵放入所有鍵均為 類型的字典中Integer），則該方法put(Object key, Object value)應呼叫ClassCastException。

來源文章