面试【JAVA基础】集合类

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1、ArrayList的扩容机制

1. 每次扩容是原来容量的1.5倍，通过移位的方法实现。
2. 使用copyOf的方式进行扩容。

扩容算法是首先获取到扩容前容器的大小。然后通过oldCapacity + (oldCapacity >> 1) 来计算扩容后的容器大小newCapacity。这里用到了>> 右移运算，即容量增大原来的1.5倍。还要注意的是，这里扩充容量时，用的时Arrays.copyOf方法,其内部也是使用的System.arraycopy方法。
区别：

• arraycopy()需要目标数组，将原数组拷贝到你自己定义的数组里，而且可以选择拷贝的起点和长度以及放入新数组中的位置。
• copyOf()是系统自动在内部新建一个数组，并返回该数组。

2、数组和ArrayList的区别

1. 数组可以包含基本类型，ArrayList成员只能是对象。
2. 数组大小是固定的，ArrayList可以动态扩容。

3、ArrayList和LinkedList的区别

• 线程安全

ArrayList 和 LinkedList 都是不同步的，也就是不保证线程安全；

• 数据结构

LinkedList 是基于双向链表实现的，ArrayList 是基于数组实现的。

• 快速随机访问

ArrayList 支持随机访问，所以查询速度更快，LinkedList 添加、插入、删除元素速度更快。

• 内存空间占用

ArrayList的空间浪费主要体现在在list列表的结尾会预留一定的容量空间，LinkedList使用Node来存储数据每个Node中不仅存储元素的值，还存储了前一个 Node 的引用和后一个 Node 的引用，占用内存更多。

• 遍历方式选择

实现了RandomAccess接口的list，优先选择普通for循环 ，其次foreach,
未实现RandomAccess接口的list， 优先选择iterator遍历（foreach遍历底层也是通过iterator实现的），大size的数据，千万不要使用普通for循环。

4、如何创建同步的List

可以通过Collections.sychronizeList将list转换成同步list,或者直接使用CopyOnWriteArrayList。

5、CopyOnWriteArrayList

1. 读时不加锁，写入时加锁，写入时创建一个新入组将老数组拷贝进入新数组，并将数据加入新数组。
2. 只能保证最终一致性。

6、Vector

ArrayList线程安全的一个版本，底层通过synchronize加锁实现线程安全。

7、HashMap扩容机制

HashMap使用resize()方法来进行扩容，计算table数组的新容量和Node在新数组中的新位置，将旧数组中的值复制到新数组中，从而实现自动扩容。

1. 当空的HashMap实例添加元素时，会以默认容量16为table数组的长度扩容，此时 threshold = 16 * 0.75 = 12。
2. 当不为空的HashMap实例添加新元素数组容量不够时，会以旧容量的2倍进行扩容，当然扩容也是大小限制的，扩容后的新容量要小于等于规定的最大容量，使用新容量创建新table数组，然后就是数组元素Node的复制了，计算Node位置的方法是 index = (n-1) & hash，这样计算的好处是，Node在新数组中的位置要么保持不变，要么是原来位置加上旧数组的容量值，在新数组中的位置都是可以预期的（有规律的），并且链表上Node的顺序也不会发生改变。

8、HashMap为什么不是线程安全的

1. 没有锁操作，两个线程操作同一个hashMap会出现线程安全的问题，可能会导致数据丢失。
2. resize的时候会出现死锁，以为hash冲突之后采用链地址法解决hash冲突，但是两个线程都进行扩容的时候，链表使用头插法，导致出现循环引用，出现死锁。1.8之后 链表都是采用尾插法。避免了死循环的问题。

9、为什么HashMap的hashCode要高16位异或hashCode

因为元素所处位置只与低n位相关，高16位与hashcode进行异或是为了减少碰撞。
异或是两者相同返回0 不相同返回1。

10、为什么HashMap的容量要是2的N次幂

1. 取模时分配更均匀。
2. 扩容成本更低。

2^n下有特性：
x%2^n=x&(2^n-1)
只有2的幂次方才有此特性。

11、ConcurrentHashMap的实现

1. jdk1.7之前，使用分段锁来实现，默认支持的并发度为16，segment继承自reetrantlock，segment充当锁角色。每个segment中包含一个小的hash表。size方法将segment的count相加，计算两次，如果两次结果相同，说明计算准确，否则每个segment重新加锁计算。
2. jdk1.8之后取消分段锁的设计，采用CAS+Synchronized保证线程安全。主要是锁住链表的头结点。size方法使用一个volatile变量baseCount记录元素个数，当插入新数据或者删除数据的时候会更新baseCount的值。

12、ConcurrentHashMap1.7与1.8异同

1. 1.8取消了分段锁，锁的粒度更小，减少并发冲突的概率。
2. 1.8采用了链表+红黑树的实现方式，对查询的提升很大。

13、为什么ConcurrentHashMap读操作不加锁

1. ConcurrentHashMap只保证最终一致性，并不能保证强一致性。
2. 对于value使用valitile关键字，保证内存可见，能够被多线程同时读，并且不会读到过期的值。根据java内存模型的hanpends-befor原则，对volatitle的写入操作先于读操作，即使两个线程同时读取和写入同一个变量，也能是get操作拿到最新值
3. Node使用volatitle关键字标识是为了数组扩容时的可见性。

14、LinkedHashMap的实现

基于hashMap和双向链表实现的，线程不安全。

15、HashSet的实现

1. 底层是通过hashMap实现的。
2. 判断两个对象是否相等，先判断hashCode是否相等，如果相等再判断equals，这就是为什么重写equals方法要重写hashCode方法。

16、TreeMap的实现

底层使用红黑树实现。根据键值进行排序，key必须实现Compareable接口或者构造TreeMap时传入Comparetor。

17、TreeSet的实现

底层使用TreeMap实现，即使用红黑树进行实现。
Set判断两个元素是否相等，先判断hashCode再使用equals

18、解决Hash冲突的方法

1. 开放定址法
2. 链地址法
3. 再hash法

19、List、Map、Set存储的null值

1. list null值，加几个存几个。
2. set null值 只存一个。
3. map只存在一个null值对。

20、平衡二叉树AVL与红黑树的区别

1. 平衡二叉树是高度平衡的，每次的插入和删除，都要进行rebalance操作。
2. 红黑树不是高度平衡的。

红黑树定义：

1. 节点是红色或黑色。
2. 根节点是黑色。
3. 每条路径上的黑色节点数目相同。
4. 子节点和父节点的颜色不相同。