面试题整理01-集合详解

客官°小女子只卖身不卖艺 2024-03-27 17:27 85阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  前言
 *  一、集合的整体结构
 *   *  单列集合接口：
     *  双列集合接口：
 *  二、单列集合详解
 *   *  1.List接口
     *   *  1.1 ArrayList集合
         *   *  特点：
             *  扩容：
             *  添加元素
             *  遍历
         *  1.2 LinkedList集合
         *   *  特点：
             *  添加元素：
     *  2.Set接口
     *   *  2.1 HashSet集合
         *   *  特点：
             *  重写equals()和hashcode()方法的必要性：
             *  存储对象示例：
         *  2.2 TreeSet集合
         *   *  特点：
             *  存储对象示例：
 *  三、双列集合详解
 *   *  1、Map集合
     *   *  特点：
         *  1.1.HashMap
         *   *  特点：
             *  1.1.1、LinkedHashMap
             *   *  特点：
         *  1.2.ConcurrentHashMap
         *   *  特点：
         *  1.3.TreeMap
         *   *  特点：
         *  4.HashTable
         *   *  特点：

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## 前言 ##

集合是老生常谈的内容，关于集合有很多内容可以挖掘，本篇梳理一下。

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## 一、集合的整体结构 ##

![在这里插入图片描述][cd5d3e1bd8d54106b44bb58bb0c7de70.png]

> 集合分为单列集合和双列集合

### 单列集合接口： ###

*  Collection：单列集合的顶级接口，其下有两个子接口分别是List和Set
    
     *  List：有序，元素可重复
        
         *  Vector：所有方法线程同步，效率低，线程安全
         *  LinledList：双向链表，查找慢，增删快，线程不安全
         *  ArrayList：基于数组实现，查找快，增删慢，线程不安全
     *  set：无序，不可重复，最多存在一个null
        
         *  HashSet：底层是HashMap，将set中存储的值作为HashMap的key来处理
         *  LinkedHashSet：基于LinkedHashMap来实现，底层利用双向链表来实现的数据有序
         *  TreeSet：元素自然有序，需要实现Comparator接口，不能存在null

### 双列集合接口： ###

*  Map ：以键值存储，<key,value>，key不可重复，否则覆盖
    
     *  HashMap：基于Hash表实现，线程不安全，无序，key和value都可为null,jdk1.8 之前 HashMap 由 数组 + 链表 组成，jdk1.8 以后在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（或者红黑树的边界值，默认为 8 ）并且当前数组的长度大于 64 时，此时此索引位置上的所有数据改为使用红黑树存储。
        
         *  LinkedHashMap：通过在HashMap的基础上增加一条双向链表来实现，实现了插入顺序和访问顺序一致。
     *  TreeMap：基于红黑树，有序存储，由Comparable或Comparator决定，需要自己实现比较器
     *  HashTable：数组+链表，数组+二叉树（链表树化），通过把关键码值映射到表中一个位置来访问记录（类似索引），以加快查找的速度。
     *  concurrentHashMap：底层可以看成一个HashTable数组，采用分段锁设计，线程安全。

## 二、单列集合详解 ##

### 1.List接口 ###

> List接口的特点：
> 
>  *  存入的元素有序，且可重复。按照存储的顺序可以进行遍历操作。
>  *  初始长度为10，当存储长度不够时会自动扩容为原来的1.5倍

List接口的方法  
增

>  *  void add(int index，element)；在指定位置插入指定元素。
>  *  boolean addAll(int index，Collection<? extends E> e)；将一个集合插入到另一个集合的指定位置

删：

>  *  E remove(int index);删除指定位置的下标。返回被删除的元素。

改：

>  *  E set(int index , E e);通过指定的索引修改元素。返回被修改的原数据。

查：

>  *  E get(int index); 通过索引下标去获取指定元素
>  *  int indexOf(Object obj);通过元素获取指定的下标的
>  *  int lastIndexOf(object obj);通过元素获取最后一次出现的元素的下标
>  *  List< E> subList(int formIndex, int toIndex);截取一部分出来

#### 1.1 ArrayList集合 ####

>  *  底层的数据结构为数组。
>  *  增删慢，查改快。（涉及到数组的扩容机制）
>  *  默认为10，会自动扩容为1.5倍。

##### 特点： #####

ArrayList是List集合下面的一种集合，它的底层实现的数据结构为数组，所以它具有增删慢，查询修  
改快的特点。特别适合于数据一旦固定，就不会在额外的增加删除或者增加删除较少，查询修改较多的业务。

##### 扩容： #####

当我们使用默认的构造方法创建了一个ArrayList实例，在默认的情况下，当前实例的底层数组长度是为空的，当我们第一次调用该实例中的方法的时候，会将该数组大小设置为默认值10，ArrayList底层的数组是会随着我们元素的个数的增多，会进行扩容。ArrayList源码中有一个grow()方法，当我们调用add()方法的时候，ArrayList会先进行当前数组的最大容量（记为A），和我们（之前添加的数据个数+将要添加的数据个数 记为B）进行比对，如果A>B则正常的添加元素即可，否则则会调用grow()进行数组的扩容，扩容的方法是，我们会用B-A和A/2进行比较，如果B-A<A/2(B-A就是当前所需要的最小容量 A就是当前数组的最大容量),那么就采用默认的扩容机制，数组大小扩容为原来的1.5倍，这里的扩容是通过创建新的数组，然后讲原来的数组的元素移动到新的数组来完成的，效率较低，因此建议在初始化ArrayList的时候，就指定默认的数组大小，降低数组扩容的次  
数从而提高效率。

##### 添加元素 #####

ArrayList使用add方法进行添加元素，add方法默认的情况下是采用尾插法进行元素的添加。也可以使用add(index,value) 指定元素插入的位置。

##### 遍历 #####

>  *  可以使用for循环遍历

List<String> list = new ArrayList<>();
            list.add("张三");
            list.add("李四");
            list.add("王五");
            list.add("张三");
    for( var i = 0; i < list.size(); i ++){
        
    	System.out.println(list.get(i))
    }

>  *  使用迭代器遍历

List<String> list = new ArrayList<>();
            list.add("张三");
            list.add("李四");
            list.add("王五");
            list.add("张三");
            System.out.println(list);
            ListIterator<String> sli = list.listIterator();
            while (sli.hasNext()) {
        
                System.out.println(sli.next());
            }
            //此时光标已经在最下面了
            while (sli.hasPrevious()) {
        
                System.out.println(sli.previous());
            }

#### 1.2 LinkedList集合 ####

>  *  底层为双向带头链表
>  *  增删快，查找慢
>  *  非线程安全
>  *  实现了Serializable接口，因此它支持序列化
>  *  没有长度概念，理论来说容量无限

##### 特点： #####

底层数据结构为带头双向链表，所以其特点为增删快，其增加删除元素只需要修改其指针的指向即可，不需要涉及到数据元素的移动，增删操作的时间复杂度为O(1) 就是因为其这样的特点，数据存储的不连续，导致其对数据的索引效率很低，需要从头节点进行遍历查找。底层的查询方法使用的是二分查找法，查找的时间复杂度为O（log2^n）。  
它是非线程安全的，只在单线程下适合使用。  
LinkedList没有长度的概念，所以不存在容量不足的问题。

##### 添加元素： #####

插入元素时，需要新增一个节点，将新的元素设置为该节点的存储值，修改新节点的前驱为last节点的后继。新的节点作为链表的尾节点。

### 2.Set接口 ###

> Set接口的特点：
> 
>  *  元素一旦存入，就会变得无序，不可能按照存入顺序，再取出
>  *  元素不可重复，最多只允许包含一个null

Set接口的方法：  
由于其继承自Collection，所以方法和List接口一致，遍历不可根据索引，使用增强for循环。

#### 2.1 HashSet集合 ####

>  *  HashSet的实现是依赖于HashMap
>  *  使用迭代器进行遍历是调用了map.keySet().iterator()
>  *  HashSet实际上就是HashMap中键值对中的值的一半
>  *  HashSet集合中存储对象，必须重写equals和hashcode方法

##### 特点： #####

HashSet构造方法是创建了一个HashMap，所以我们可以说HashSet的实现是依赖于HashMap，我们在对HashSet使用迭代器进行遍历的时候，实际上也是调用了map.keySet().iterator()，所以HashSet实际上就是HashMap中键值对中的值的一半，在比如说调用HashSet中的add方法，实际上就是调用了map.put(e, PRESENT) == null。在使用add方法时，必须要对 equals()和hashcode()方法进行重写 ，保证对象不会在集合中重复存储。

##### 重写equals()和hashcode()方法的必要性： #####

我们都知道，java的机制决定了当我们new创建对象时。即使两个对象的内容一模一样，它们的内存地址也不一样。hashcode()是Object类的方法，其作用是用来获取Hash码，返回值是一个int类型的整数。hash是当前对象在hash表中的索引位置。这会造成一种现象：即使是两个对象的内容一模一样，它们的hash值却不一定相等。当我们在HashMap中存储元素时，会自动调用equals（）方法去比较集合中的对象和将要存储的对象的内存地址，这样无论如何比较，得到的永远是false。所以我们必须重写hashcode和equals方法，让代码帮我们比较它们的内容。以此来保证HashMap中存储内容不相同的元素。

##### 存储对象示例： #####

import java.util.HashSet;
    import java.util.Objects;
    import java.util.Set;
    class Car{
        
        private String carId;
        private String color;
        private String brand;
    
    	//有参无参，getter和setter省略
        @Override
        public boolean equals(Object o) {
        
            if (this == o) return true;
            if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
            Car car = (Car) o;
            return Objects.equals(carId, car.carId) && Objects.equals(color, car.color) && Objects.equals(brand, car.brand);
        }
    
        @Override
        public int hashCode() {
        
            return Objects.hash(carId, color, brand);
        }
    }
    public class Demo2 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Set<Car> carSet = new HashSet<>();
            carSet.add(new Car("豫A.88888","银色","保时捷"));
            carSet.add(new Car("豫A.66666","火烈鸟","法拉利"));
            carSet.add(new Car("豫A.QQ123","军绿色","拖拉机"));
            Car car1  = new Car("豫A.12345","黑色","五菱之光");
            Car car2  = new Car("豫A.12345","黑色","五菱之光");
            System.out.println(car1.hashCode());//哈希值一样且内容也一样，则不能添加进集合。
            System.out.println(car2.hashCode());//哈希值一样，内容不一样则能添加进集合
            System.out.println(carSet.add(car1));//返回true
            System.out.println(carSet.add(car2));//返回false
            for (Car car : carSet) {
        
                System.out.println(car);
            }
        }
    }

#### 2.2 TreeSet集合 ####

>  *  底层依靠TreeMap实现，TreeMap底层是红黑树、故元素有序
>  *  添加的元素要实现Comparable或者添加操作时实现Comparator接口
>  *  添加元素较为繁琐，删除查找时需要遍历二叉树
>  *  效率低，时间复杂度为O(logN)

##### 特点： #####

TreeSet的底层的实现时依靠TreeMap，而TreeMap的底层是红黑树，所以其元素是有序的，这就导致了一个问题，要么这个元素具有自然顺序，要么用户给这个元素增加一个Comparable的能力，要么在进行add操作的时候，提供Comparator比较方式，这就导致其添加元素较为繁琐，同样其在进行删除，查找等操作的时候需要遍历这棵二叉树， 效率较低，时间复杂夫为O(logn)。

##### 存储对象示例： #####

> 如果想要在TreeSet集合中添加对象，那么必须实现Comparable()接口，重写compareTo方法，让其对对象内部的int属性进行排序。

> 抽象方法：  
> int compareTo(T o)将此对象与指定的对象进行比较以进行排序。  
> 返回一个负整数，0，或者正整数，表示该对象小于、等于、或大于该对象

*实现Comparable接口重写方法*

package com.lzl.day017;
    
    import java.util.Set;
    import java.util.TreeSet;
    class Student implements Comparable<Student>{
        
        private String name;
        private Integer age;
    
    //省略构造和getter和setter方法
        @Override
        public int compareTo(Student o) {
        
            int num = this.age - o.age;
            return num;
        }
    }
    public class Demo3 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Set<Student> studentSet = new TreeSet<>();
            studentSet.add(new Student("大飞", 25));
            studentSet.add(new Student("任老板", 26));
            studentSet.add(new Student("UZI", 23));
            studentSet.add(new Student("厂长", 30));
            for (Student s : studentSet) {
        
                System.out.println(s);
            }
        }
    }

*使用比较器的方法实现存储*

package com.lzl.day018;
    
    import java.util.Comparator;
    import java.util.TreeSet;
    
    class Weapon{
        
        private Integer id;
        private String name;
        private String description;
    //省略无参有参，getter和setter，toString方法
    }
    class MyComparator implements Comparator<Weapon> {
        
        @Override
        public int compare(Weapon o1, Weapon o2) {
        
            int num = o1.getId() - o2.getId();
            if (o1.getId() == o2.getId()&& o1.getName().compareTo(o2.getName())!=0){
        
                return o1.getName().compareTo(o2.getName());
            }
            if (o1.getId() == o2.getId() && o1.getName().compareTo(o2.getName())==0){
        
                return o1.getDescription().compareTo(o2.getDescription());
            }
            return num;
        }
    }
    public class Demo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            TreeSet<Weapon> weapons = new TreeSet<>(new MyComparator());
            weapons.add(new Weapon(3,"赤霄","传说是一把帝道之剑，汉高祖刘邦曾用它斩杀白蛟"));
            weapons.add(new Weapon(4,"泰阿(太阿)","泰阿剑是一把诸侯威道之剑，早已存在，只是无形无迹，但是剑气早已存于天地之间，只等待时机凝聚起来，天时、地利、人和三道归一，此剑即成。"));
            weapons.add(new Weapon(5,"七星龙渊","剑传说是由欧冶子和干将两大剑师联手所铸。" +
                    "欧冶子和干将为铸此剑，凿开茨山，放出山中溪水，引至铸剑炉旁成北斗七星环列的七个池中，是名“七星”。剑成之后，俯视剑身，如同登高山而下望深渊，飘渺而深邃，仿佛有巨龙盘卧。是名“龙渊”。后改名为龙泉剑"));
            weapons.add(new Weapon(1,"轩辕剑","黄金色之千年古剑，传说是天界诸神赐予轩辕黄帝击败蚩尤之旷世神剑；其内蕴藏无穷之力，为斩妖除魔的神剑。"));
            weapons.add(new Weapon(2,"湛卢","君贤能，剑在侧，国兴旺。君无能，剑飞弃，国破败。五金之英，太阳之精，出之有神，服之有威。"));
            weapons.add(new Weapon(9,"纯钧","剑是天人共铸的不二之作。为铸这把剑，千年赤堇山山破而出锡，万载若耶江江水干涸而出铜。铸剑之时，雷公打铁，雨娘淋水，蛟龙捧炉，天帝装炭。铸剑大师欧冶					子承天之命呕心沥血与众神铸磨十载，此剑方成。剑成之后，众神归天，赤堇山闭合如初，若耶江					波涛再起，欧冶子也力尽神竭而亡，这把剑已成绝唱."));
            weapons.add(new Weapon(10,"承影","天色愈暗，长剑又归于无形，远古的暮色无声合拢，天地之间一片静穆。"));
            weapons.add(new Weapon(7,"莫邪","干将、莫邪是两把剑，但是没有人能分开它们。干将、莫邪是两个人，同样也没有人能将他（她）们分开。"));
            weapons.add(new Weapon(6,"干将","干将、莫邪是两把剑，但是没有人能分开它们。干将、莫邪是两个人，同样也没有人能将他（她）们分开。"));
            weapons.add(new Weapon(8,"鱼肠","夫专诸之刺王僚，飞鹰击殿"));
            //测试数据
            weapons.add(new Weapon(1,"假的轩辕剑","黄金色之千年古剑，传说是天界诸神赐予轩辕黄帝击败蚩尤之旷世神剑；其内蕴藏无穷之力，为斩妖除魔的神剑。"));
            weapons.add(new Weapon(1,"假的轩辕剑","天界诸神赐予轩辕黄帝击败蚩尤之旷世神剑；其内蕴藏无穷之力，为斩妖除魔的神剑。"));
            for (Weapon weapon : weapons) {
        
                System.out.println(weapon);
            }
        }
    }

## 三、双列集合详解 ##

### 1、Map集合 ###

#### 特点： ####

> Map是双列集合的顶级接口，存储的是键值对映射，一个键对应一个值，底层采用双边队列

**常用方法**  
增：

>  *  v put(k key , v value); 向集合中添加数据。  
>     【注意】键key必须是唯一的。
>  *  void putAll(Map<? extends K> k,<? extends V> v);将一个Map集合存入另一个Map集合。

删：

>  *  remove(K key); 返回值是删除的value。

改：

>  *  v put(K key，V value);当键值存在的时候，会覆盖原来的内容。

查：

>  *  int size(); 获得集合中元素的个数。
>  *  boolean isEmpty(); 是否为空。
>  *  boolean containsKey();是否包含键名。
>  *  boolean containsValue()；是否包含值。
>  *  v get(K key); 通过键名获取值。
>  *  set< k > keySet(); 获取map集合中的键，然后存到Set集合。
>  *  Collection< v > values(); 获取map集合的值，然后存在Collection集合里边。
>  *  Set< Map.Entry< K,V >> entrySet(); 将map集合的键值对，存到Set集合。  
>     Map.Entry方法：  
>     getKey()：获取键值对的键  
>     getValue()：获取键值对的值

#### 1.1.HashMap ####

##### 特点： #####

>  *  非线程安全
>  *  无序键值对
>  *  1.7之前是哈希表+链表
>  *  1.8哈希表+链表+红黑树
>  *  当HashMap中的元素个数超过数组大小\*负载因子时，就会进行数组扩容
>  *  默认长度为16，负载因子为0.75，

##### 1.1.1、LinkedHashMap #####

###### 特点： ######

>  *  LinkedHashMap是基于HashMap实现的，LinkedHashMap重写了HashMap，在其基础上在Entry节点上增加了一个next元素，用来指向当前节点的下一个节点，即：HashMap和双向链表的合二为一
>  *  可以实现元素按照插入的顺序来进行顺序的输出
>  *  LinkedHashMap的key 和value都可以为空
>  *  非线程安全

#### 1.2.ConcurrentHashMap ####

##### 特点： #####

>  *  线程安全
>  *  key和value均不可以为null
>  *  在JDK1.8之前,采用分段锁机制来保证线程安全的，一定程度上提高了并发执行效率
>  *  从JDK1.8开始, ConcurrentHashMap数据结构与1.8中的HashMap保持一致,均为数组+链表+红黑树
>  *  通过乐观锁+Synchronized来保证线程安全

#### 1.3.TreeMap ####

##### 特点： #####

>  *  可以实现元素的有序排列，需要提供比较器，或者实现Comparble接口
>  *  底层基于红黑树实现
>  *  非线程安全
>  *  key不可为null
>  *  存储元素需要自己传入比较器，或者元素自然有序，根据key值排序

#### 4.HashTable ####

##### 特点： #####

>  *  线程安全
>  *  key和value均不可以为null
>  *  通过给整张散列表加锁的方式来保证线程安全，并发执行效率底下
>  *  处理哈希冲突可以使用，拉链法，开放寻址法等

[cd5d3e1bd8d54106b44bb58bb0c7de70.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/da0e574f93924c1f9e607e8bc7feb2ee.png