Java八股文——集合「概念篇」

数组与集合区别，用过哪些？

数组与集合的区别：

• 长度：数组是固定长度的数据结构，一旦创建其长度就不可改变。而集合是动态长度的数据结构，能够根据需要动态增加或删除元素。
• 数据类型：数组可以包含基本数据类型（如int、char等）和对象，而集合只能包含对象。
• 访问方式：数组可以通过索引直接访问元素，而集合通常需要通过迭代器或其他方法（如forEach、stream）来访问元素。

我常用的 Java 集合类：

1. ArrayList：实现了List接口，底层使用动态数组，支持快速的随机访问和动态增长，适用于经常读取和少量插入删除的场景。
2. LinkedList：实现了List接口，底层使用双向链表，适用于频繁的插入和删除操作，访问速度相对较慢，但在特定场景下表现更优。
3. HashMap：基于哈希表实现的Map接口，存储键值对，支持通过键快速查找对应的值。适用于需要高效查找的场景。
4. HashSet：基于HashMap实现的Set集合，用于存储唯一元素，插入和查找操作平均时间复杂度为O(1)。
5. TreeMap：基于红黑树实现的有序Map集合，支持按照键的自然顺序或自定义顺序进行排序，适用于需要排序的场景。
6. LinkedHashMap：结合了HashMap的哈希表和双向链表的特性，保持元素的插入顺序或访问顺序。适用于需要维护插入顺序的场景。
7. PriorityQueue：基于堆实现的优先队列，元素按照自然顺序或指定的比较器进行排序，适用于需要按优先级顺序处理元素的场景。

说说Java中的集合？

Java 中集合的概念及常见类型：

Java中的集合：

在 Java 中，集合（Collection）是用来存储和操作数据的一种数据结构。集合类提供了许多灵活的数据存储方式，并能够执行各种操作，如插入、删除、查找和排序等。Java 的集合框架分为两大类：

1. Collection 接口：
   • 这是集合框架的根接口，表示所有集合的通用操作。Collection接口有多种实现，主要包括：
     • List：有序、允许重复的集合。
     • Set：无序、不允许重复的集合。
     • Queue：通常用于存储等待处理的元素（如消息队列）。
2. Map 接口：
   • 用于存储键值对的数据结构。它不继承于 Collection 接口，但也属于集合框架的一部分。

常用的 Java 集合类：

1. List 接口：
   • ArrayList：基于动态数组实现，支持快速的随机访问，适用于需要频繁访问的场景。
   • LinkedList：基于双向链表实现，适用于需要频繁插入和删除的场景，访问速度较慢，但插入和删除操作较快。
   • Vector：与 ArrayList 类似，但它是线程安全的，性能较差。
2. Set 接口：
   • HashSet：基于哈希表实现，存储不重复的元素，插入和查找操作的时间复杂度通常为 O(1)。
   • LinkedHashSet：继承自 HashSet，保持元素的插入顺序，适用于需要维护插入顺序的场景。
   • TreeSet：基于红黑树实现，存储唯一的元素，按自然顺序或指定顺序进行排序。
3. Queue 接口：
   • PriorityQueue：优先队列，元素根据其优先级排序，可以自定义排序规则或使用元素的自然顺序。
   • LinkedList：除了实现 List 接口，还实现了 Queue 接口，支持队列操作（如插入、删除等）。
4. Map 接口：
   • HashMap：基于哈希表实现，存储键值对，通过键进行快速查找。适用于不需要排序的场景。
   • LinkedHashMap：基于哈希表和双向链表实现，保持元素的插入顺序或访问顺序。
   • TreeMap：基于红黑树实现，按键的自然顺序或指定顺序进行排序。
   • Hashtable：类似于 HashMap，但它是线程安全的，性能较差，已被 ConcurrentHashMap 替代。

集合的常见操作：

• 添加元素：add()、put()（对于 Map）等。
• 删除元素：remove()。
• 查找元素：contains()、get()（对于 Map）等。
• 遍历集合：使用迭代器（Iterator）或增强的 for 循环。

总结：

Java 集合框架非常强大，涵盖了各种数据结构和算法，能够满足不同场景下的数据存储和操作需求。根据具体的应用需求，选择合适的集合类能够提高代码的效率和可维护性。

Java中的线程安全的集合是什么？

Java中的线程安全的集合：

线程安全的集合类是指能够在多线程环境下安全地使用的集合类。这些集合类内部采取了措施，确保多个线程同时访问时不会出现数据不一致或并发修改的问题。Java 提供了多种线程安全的集合，常见的有：

1. Vector

• Vector 类实现了 List 接口，并且它是线程安全的。它通过对所有方法加锁（同步）来保证线程安全。
• 然而，由于 Vector 的同步机制，性能会比非线程安全的集合（如 ArrayList）差，通常不推荐使用。
• 使用场景：适用于少量线程并发访问的情况，但不推荐在高并发环境中使用。

2. Hashtable

• Hashtable 是一个线程安全的 Map 实现类，内部的每个方法都使用 synchronized 关键字进行同步，确保在多线程环境下安全访问。
• 然而，Hashtable 的性能较差，且它不允许 null 键或值，因此在新的项目中更推荐使用 ConcurrentHashMap 代替它。
• 使用场景：适用于需要线程安全的 Map 实现，但在现代 Java 开发中已被淘汰。

3. CopyOnWriteArrayList

• CopyOnWriteArrayList 是一个线程安全的 List 实现，适用于读取多、写入少的场景。
• 它通过每次修改时创建一个副本的方式来保证线程安全，避免了同步带来的性能瓶颈。
• 使用场景：在多线程环境中，如果集合修改较少且读取频繁，可以使用 CopyOnWriteArrayList。

4. CopyOnWriteArraySet

• CopyOnWriteArraySet 是一个线程安全的 Set 实现，底层使用 CopyOnWriteArrayList 实现，因此同样适用于读多写少的场景。
• 使用场景：适用于需要线程安全且修改频率较低的集合。

5. ConcurrentHashMap

• ConcurrentHashMap 是一个线程安全的 Map 实现，它比 Hashtable 更高效。它采用分段锁的机制，将锁粒度从整体 Map 降到每个分段，提高了并发性能。
• 使用场景：适用于高并发环境，特别是在需要高效并发访问的情况下。

6. BlockingQueue 接口及其实现

• BlockingQueue 是一个线程安全的队列接口，通常用于在生产者-消费者模式中协调线程之间的工作。
• 常见实现包括：
  • ArrayBlockingQueue：基于数组实现的有界阻塞队列。
  • LinkedBlockingQueue：基于链表实现的阻塞队列，支持可扩展的大小。
  • PriorityBlockingQueue：优先级阻塞队列，按优先级顺序处理元素。
• 使用场景：适用于需要在多线程间安全传递数据的场景，如消息队列、任务调度等。

总结：

在多线程环境下，选择线程安全的集合类可以避免并发操作时出现的问题。常用的线程安全集合类包括：

• Vector 和 Hashtable（老旧的线程安全实现）；
• CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet（适用于读多写少的场景）；
• ConcurrentHashMap（适用于高并发环境）；
• BlockingQueue 接口及其实现类（用于生产者消费者模式）。

根据具体的使用场景，选择合适的线程安全集合类能够提高程序的性能和稳定性。

Collections和Collection的区别

1. Collection：
   • Collection 是 Java 集合框架中的一个接口，位于 java.util 包中。它是所有集合类的基础接口，定义了一组通用的操作和方法，用于管理和操作一组对象。
   • Collection 接口包含常用的集合操作方法，如添加、删除、遍历等，主要用于描述集合的基本行为。
   • Collection 接口有多个常见的实现类，如：
     • List：有序集合，允许元素重复。
     • Set：无序集合，不允许重复元素。
     • Queue：队列，通常用于存储等待处理的元素。
   • 总结：Collection 是集合类的基类，它提供了集合操作的通用接口。
2. Collections：
   • Collections 是一个 Java 提供的工具类，位于 java.util 包中，提供了一系列静态方法用于对集合进行操作和算法。
   • Collections 类中的方法包括：
     • 排序：sort()，用于对 List 进行排序。
     • 查找：binarySearch()，用于在已排序的 List 中查找元素。
     • 替换：replaceAll()，用于替换集合中的元素。
     • 反转：reverse()，用于反转集合中的元素顺序。
     • 随机化：shuffle()，用于打乱集合中元素的顺序。
   • Collections 类中的方法是静态的，且适用于实现了 Collection 接口的集合，如 List 和 Set。
   • 总结：Collections 提供的是对集合的操作工具类，封装了许多常用的集合操作方法。

总结：

• Collection 是集合框架中的一个接口，定义了集合的基本行为和操作方法。
• Collections 是一个工具类，提供了静态方法用于对实现了 Collection 接口的集合进行各种操作，如排序、查找、替换等。

集合遍历的方法有哪些？

Java 提供了多种方式来遍历集合，不同的遍历方法适用于不同的场景。常见的遍历方法包括：

1. 使用增强 for 循环（for-each）

• 适用场景：适用于任何实现了 Iterable 接口的集合（如 List、Set 等）。这种方式简洁易懂，不需要手动管理索引。
• 示例：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");
list.add("C");for (String item : list) {System.out.println(item);
}

• 优点：代码简洁，适用于元素不需要修改的场景。

2. 使用传统的 for 循环（通过索引）

• 适用场景：适用于 List 等有索引的集合，尤其是当你需要根据索引进行某些操作时。
• 示例：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");
list.add("C");for (int i = 0; i < list.size(); i++) {System.out.println(list.get(i));
}

• 优点：当需要访问集合的元素的索引或修改元素时非常方便。

3. 使用 Iterator

• 适用场景：适用于任何实现了 Collection 接口的集合，特别是在需要进行删除操作时。Iterator 是一种通用的遍历方式，能够避免并发修改异常。
• 示例：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");
list.add("C");Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {System.out.println(iterator.next());
}

• 优点：可以安全地进行元素的删除操作，并避免使用索引时可能出现的并发修改问题。

4.使用 forEach 方法（Java 8 引入）

• 适用场景：适用于所有实现了 Iterable 接口的集合。forEach 是 Java 8 引入的函数式编程风格，可以接受 Lambda 表达式或方法引用作为参数。
• 示例：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");
list.add("C");list.forEach(item -> System.out.println(item));

• 优点：代码更加简洁，符合函数式编程风格。如果集合较大，forEach 与流（Stream）结合使用时，可以进行更灵活的处理。

5. 使用 ListIterator（仅适用于 List）

• 适用场景：适用于 List 集合，ListIterator 是 Iterator 的一个增强版本，支持双向遍历，并能够在遍历过程中进行修改操作。
• 示例：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");
list.add("C");ListIterator<String> listIterator = list.listIterator();
while (listIterator.hasNext()) {System.out.println(listIterator.next());
}

• 优点：可以双向遍历，还可以使用 set() 方法修改当前元素。

6. 使用 Stream（Java 8 引入）

• 适用场景：适用于 Java 8 引入的 Stream API，能够以声明式方式进行集合的遍历和操作，适合复杂操作的场景。
• 示例：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");
list.add("C");list.stream().forEach(System.out::println);

• 优点：与函数式编程风格兼容，能够链式调用流的操作，适用于复杂的数据处理任务。

总结：

• 增强 for 循环：简洁，适合只读操作。
• 传统 for 循环：适合需要根据索引操作的场景。
• Iterator：适合需要删除元素或避免并发修改异常的场景。
• forEach：Java 8 引入，函数式编程风格，简洁并支持 Lambda。
• ListIterator：适用于 List，支持双向遍历和修改。
• Stream：适用于复杂操作，特别是在 Java 8 中，提供了更灵活的操作方式。

根据具体需求选择合适的遍历方法，有助于提高代码的简洁性、可读性和执行效率。

参考小林coding和JavaGuide