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大公司喜歡問的Java集合類面試題

  • 時間:2018-02-12 10:42
  • 發布:成都Java培訓
  • 來源:java面試題

看了一些所謂大公司的JAVA面試問題,發現對于JAVA集合類的使用都比較看重似的,而自己在這方面還真的是所真甚少,抽空也學習學習吧。

java.util包中包含了一系列重要的集合類,而對于集合類,主要需要掌握的就是它的內部結構,以及遍歷集合的迭代模式。

接口:Collection

Collection是基本的集合接口,一個Collection代表一組Object,即Collection的元素(Elements)。一 些Collection允許相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接繼承自Collection的類,Java SDK提供的類都是繼承自Collection的“子接口”如List和Set。

所有實現Collection接口的類都必須提供兩個標準的構造函數:無參數的構造函數用于創建一個空的Collection,有一個 Collection參數的構造函數用于創建一個新的Collection,這個新的Collection與傳入的Collection有相同的元素。后 一個構造函數允許用戶復制一個Collection。

主要的一個接口方法:boolean add(Ojbect c)
雖然返回的是boolean,但不是表示添加成功與否,這個返回值表示的意義是add()執行后,集合的內容是否改變了(就是元素的數量、位置等有無變化)。類似的addAll,remove,removeAll,remainAll也是一樣的。

用Iterator模式實現遍歷集合

Collection有一個重要的方法:iterator(),返回一個Iterator(迭代器),用于遍歷集合的所有元素。Iterator模式可以把訪問邏輯從不同的集合類中抽象出來,從而避免向客戶端暴露集合的內部結構。典型的用法如下:

Iterator it = collection.iterator(); // 獲得一個迭代器 while(it.hasNext()) { Object obj = it.next(); // 得到下一個元素 }

不需要維護遍歷集合的“指針”,所有的內部狀態都由Iterator來維護,而這個Iterator由集合類通過工廠方法生成。

每一種集合類返回的Iterator具體類型可能不同,但它們都實現了Iterator接口,因此,我們不需要關心到底是哪種Iterator,它只需要獲得這個Iterator接口即可,這就是接口的好處,面向對象的威力。

要確保遍歷過程順利完成,必須保證遍歷過程中不更改集合的內容(Iterator的remove()方法除外),所以,確保遍歷可靠的原則是:只在一個線程中使用這個集合,或者在多線程中對遍歷代碼進行同步。

由Collection接口派生的兩個接口是List和Set。

List接口

List是有序的Collection,使用此接口能夠精確的控制每個元素插入的位置。用戶能夠使用索引(元素在List中的位置,類似于數組下標)來訪問List中的元素,這類似于Java的數組。和下面要提到的Set不同,List允許有相同的元素。

除了具有Collection接口必備的iterator()方法外,List還提供一個listIterator()方法,返回一個 ListIterator接口,和標準的Iterator接口相比,ListIterator多了一些add()之類的方法,允許添加,刪除,設定元素, 還能向前或向后遍歷。

實現List接口的常用類有LinkedList,ArrayList,Vector和Stack。

LinkedList類

LinkedList實現了List接口,允許null元素。此外LinkedList提供額外的get,remove,insert方法在 LinkedList的首部或尾部。這些操作使LinkedList可被用作堆棧(stack),隊列(queue)或雙向隊列(deque)。

注意LinkedList沒有同步方法。如果多個線程同時訪問一個List,則必須自己實現訪問同步。一種解決方法是在創建List時構造一個同步的List:
List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(…));

ArrayList類

ArrayList實現了可變大小的數組。它允許所有元素,包括null。ArrayList沒有同步。
size,isEmpty,get,set方法運行時間為常數。但是add方法開銷為分攤的常數,添加n個元素需要O(n)的時間。其他的方法運行時間為線性。

每個ArrayList實例都有一個容量(Capacity),即用于存儲元素的數組的大小。這個容量可隨著不斷添加新元素而自動增加,但是增長算法并沒有定義。當需要插入大量元素時,在插入前可以調用ensureCapacity方法來增加ArrayList的容量以提高插入效率。

和LinkedList一樣,ArrayList也是非同步的(unsynchronized)。

Vector類

Vector非常類似ArrayList,但是Vector是同步的。由Vector創建的Iterator,雖然和 ArrayList創建的Iterator是同一接口,但是,因為Vector是同步的,當一個Iterator被創建而且正在被使用,另一個線程改變了 Vector的狀態(例如,添加或刪除了一些元素),這時調用Iterator的方法時將拋出 ConcurrentModificationException,因此必須捕獲該異常。

Stack 類

Stack繼承自Vector,實現一個后進先出的堆棧。Stack提供5個額外的方法使得Vector得以被當作堆棧使用?;镜膒ush和 pop方法,還有peek方法得到棧頂的元素,empty方法測試堆棧是否為空,search方法檢測一個元素在堆棧中的位置。Stack剛創建后是空 棧。

Set接口

Set是一種不包含重復的元素的Collection,即任意的兩個元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false,Set有一個null元素。

很明顯,Set的構造函數有一個約束條件,傳入的Collection參數不能包含重復的元素。

請注意:必須小心操作可變對象(Mutable Object)。如果一個Set中的可變元素改變了自身狀態導致Object.equals(Object)=true將導致一些問題。

Map接口

請注意,Map沒有繼承Collection接口,Map提供key到value的映射。一個Map中不能包含相同的key,每個key只能映射一 個value。Map接口提供3種集合的視圖,Map的內容可以被當作一組key集合,一組value集合,或者一組key-value映射。

Hashtable類

Hashtable繼承Map接口,實現一個key-value映射的哈希表。任何非空(non-null)的對象都可作為key或者value。

添加數據使用put(key, value),取出數據使用get(key),這兩個基本操作的時間開銷為常數。

Hashtable通過initial capacity和load factor兩個參數調整性能。通常缺省的load factor 0.75較好地實現了時間和空間的均衡。增大load factor可以節省空間但相應的查找時間將增大,這會影響像get和put這樣的操作。

使用Hashtable的簡單示例如下,將1,2,3放到Hashtable中,他們的key分別是”one”,”two”,”three”:
Hashtable numbers = new Hashtable();
numbers.put(“one”, new Integer(1));
numbers.put(“two”, new Integer(2));
numbers.put(“three”, new Integer(3));

要取出一個數,比如2,用相應的key:
Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);
System.out.println(“two = ” + n);

由于作為key的對象將通過計算其散列函數來確定與之對應的value的位置,因此任何作為key的對象都必須實現 hashCode和equals方法。hashCode和equals方法繼承自根類Object,如果你用自定義的類當作key的話,要相當小心,按照 散列函數的定義,如果兩個對象相同,即obj1.equals(obj2)=true,則它們的hashCode必須相同,但如果兩個對象不同,則它們的 hashCode不一定不同,如果兩個不同對象的hashCode相同,這種現象稱為沖突,沖突會導致操作哈希表的時間開銷增大,所以盡量定義好的 hashCode()方法,能加快哈希表的操作。

如果相同的對象有不同的hashCode,對哈希表的操作會出現意想不到的結果(期待的get方法返回null),要避免這種問題,只需要牢記一條:要同時復寫equals方法和hashCode方法,而不要只寫其中一個。

Hashtable是同步的。

HashMap類

HashMap和Hashtable類似,不同之處在于HashMap是非同步的,并且允許null,即null value和null key。,但是將HashMap視為Collection時(values()方法可返回Collection),其迭代器操作時間開銷和HashMap 的容量成比例。因此,如果迭代操作的性能相當重要的話,不要將HashMap的初始化容量設得過高,或者load factor過低。

WeakHashMap類

WeakHashMap是一種改進的HashMap,它對key實行“弱引用”,如果一個key不再被外部所引用,那么該key可以被GC回收。

總結

  • 如果涉及到堆棧,隊列等操作,應該考慮用List,對于需要快速插入,刪除元素,應該使用LinkedList,如果需要快速隨機訪問元素,應該使用ArrayList。
  • 如果程序在單線程環境中,或者訪問僅僅在一個線程中進行,考慮非同步的類,其效率較高,如果多個線程可能同時操作一個類,應該使用同步的類。
  • 要特別注意對哈希表的操作,作為key的對象要正確復寫equals和hashCode方法。
  • 盡量返回接口而非實際的類型,如返回List而非ArrayList,這樣如果以后需要將ArrayList換成LinkedList時,客戶端代碼不用改變。這就是針對抽象編程。
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