Java 集合类的常见面试问题（第 1 部分）

毫无疑问，Java 中的集合是一个非常重要的领域，无论是新手还是经验丰富的程序员，在面试中都会被问到有关集合的问题。这个主题是如此之大，几乎不可能完全涵盖它。尽管如此，根据我之前的采访，我会尝试列出尽可能多的好问题，让您做好准备。 这些问题既复杂又简单，因此，如果问题对您来说太原始​​，请不要忘记它对于经验不足的程序员来说是完美的。

本文中的问题：

一般问题

1. Java 中的集合是什么？列出他们的优势
2. 告诉我们有关集合层次结构的信息
3. 为什么集合不继承接口Cloneable和Serializable？
4. 为什么Map接口不继承接口Collection呢？

关于列表的问题

5. 我们为什么使用列表？哪些主要类实现了该接口List？
6. 如何将字符串数组转换为ArrayList？
7. 如何对列表进行逆序排序？

关于套装的问题

8. 为什么我们使用集合？哪些主要类实现了该接口Set？
9. 元素如何存储在 中HashSet？
10. or可以null添加一个元素吗？TreeSetHashSet

关于词典的问题

11. 我们为什么使用字典？哪些主要类实现了该接口Map？
12. 什么是IdentityHashMap和WeakHashMap？
13. 解释一下它是什么ConcurrentHashMap？它是如何工作的？
14. 字典如何工作？
15. 如何创建一个好的字典键？
16. 该界面提供哪些内容视图Map？
17. 什么时候应该使用它HashMap以及什么时候应该使用它TreeMap？

关于不同集合之间差异的问题

18. Set和之间有什么区别List？
19. List和之间有什么区别Map？
20. HashMap说出和之间的区别HashTable?
21. Vector和之间有什么区别ArrayList？
22. Iterator和之间有什么区别Enumeration？
23. HashMap和之间有什么区别HashSet？
24. Iterator和之间有什么区别ListIterator？
25. TreeSet和之间有什么区别SortedSet？
26. ArrayList和之间有什么区别LinkedList？

还有更多问题

27. 如何将集合设置为只读？
28. 如何制作线程安全的集合？
29. 为什么没有一种方法Iterator.add()可以将元素添加到集合中？
30. 有哪些方法可以迭代列表的元素？
31. 您如何理解迭代器属性的工作原理fail-fast？
32. fail-fast和 和有什么区别fail-safe？
33. ConcurrentModificationException迭代集合时如何避免？
34. 发生了什么事UnsupportedOperationException？
35. 哪些集合类可以访问任何元素？
36. 发生了什么事BlockingQueue？
37. 什么是队列和堆栈，列出它们之间的区别？
38. 什么是接口Comparable和Comparator？
39. 什么是类Collections和Arrays？
40. 使用文献清单

不浪费时间，让我们开始解释吧。

一般问题

1. Java 中的集合是什么？列出他们的优点？

   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这是一个特殊的品种HashMap。不同之处在于密钥TreeMap是按顺序存储的。默认为“自然排序”。您可以通过提供类的实例来覆盖排序Comparator，该类的方法compare将用于对键进行排序。

    请注意，添加到字典中的所有键都必须实现该接口Comparable（这是排序所必需的）。此外，所有键必须相互兼容： k1.compareTo(k2)不应调用ClassCastException任何键k1并k2存储在字典中。如果用户尝试将违反此条件的键放入字典中（例如，将字符串键放入所有键均为 类型的字典中Integer），则该方法put(Object key, Object value)应调用ClassCastException。

来源文章