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Java 集合框架面试复习题

zhangyuguai2025/12/19大约 6 分钟约 1910 字

Java 集合框架面试复习题

闲时回忆题目列表

一、集合框架整体结构

1.1 基础概念

  • Q1: 请描述 Java 集合框架的整体架构，主要有哪些顶层接口？
  • Q2: Collection 和 Map 有什么区别？为什么 Map 不继承 Collection？
  • Q3: Iterable、Iterator、ListIterator 三者有什么区别？
  • Q4: RandomAccess 接口有什么作用？哪些集合实现了它？
  • Q5: 什么是 Fail-Fast 机制？modCount 的作用是什么？
  • Q6: Fail-Fast 和 Fail-Safe 有什么区别？各有哪些代表集合？

二、List 接口

2.1 ArrayList

  • Q1: ArrayList 的底层数据结构是什么？
  • Q2: ArrayList 的默认初始容量是多少？什么时候分配？
  • Q3: ArrayList 的扩容机制是怎样的？扩容倍数是多少？
  • Q4: JDK 1.7 和 1.8 在 ArrayList 初始化上有什么区别？（懒加载）
  • Q5: ArrayList 的 add()、get()、remove() 的时间复杂度分别是多少？
  • Q6: 为什么 ArrayList 的 elementData 用 transient 修饰？
  • Q7: Arrays.asList() 返回的 List 能否增删元素？为什么？
  • Q8: 如何在遍历 ArrayList 时安全地删除元素？

2.2 LinkedList

  • Q1: LinkedList 的底层数据结构是什么？
  • Q2: LinkedList 为什么同时实现了 List 和 Deque 接口？
  • Q3: LinkedList 的 get(int index) 时间复杂度是多少？它做了什么优化？
  • Q4: LinkedList 和 ArrayList 如何选择？各自适用什么场景？

2.3 ArrayList vs LinkedList

  • Q1: 从数据结构、随机访问、内存占用、CPU 缓存、增删效率等方面对比两者。
  • Q2: LinkedList 的头部插入真的比 ArrayList 快吗？为什么？
  • Q3: 为什么大多数情况推荐使用 ArrayList？

2.4 Vector 与 Stack

  • Q1: Vector 和 ArrayList 有什么区别？为什么 Vector 现在不推荐使用？
  • Q2: Stack 继承自哪个类？为什么现在推荐用 Deque 替代 Stack？

三、Set 接口

3.1 HashSet

  • Q1: HashSet 的底层实现是什么？元素存储在哪里？value 是什么？
  • Q2: HashSet 如何判断元素是否重复？
  • Q3: 为什么重写 equals() 必须同时重写 hashCode()？
  • Q4: HashSet 能存储 null 吗？能存几个？

3.2 LinkedHashSet

  • Q1: LinkedHashSet 和 HashSet 有什么区别？
  • Q2: LinkedHashSet 如何保持插入顺序？底层结构是什么？

3.3 TreeSet

  • Q1: TreeSet 的底层数据结构是什么？
  • Q2: TreeSet 如何保证元素有序？有哪两种排序方式？
  • Q3: TreeSet 能存储 null 吗？为什么？
  • Q4: TreeSet 的增删查时间复杂度是多少？

四、Queue 接口

4.1 Queue 基础

  • Q1: add() 和 offer() 有什么区别？
  • Q2: remove() 和 poll() 有什么区别？
  • Q3: element() 和 peek() 有什么区别？

4.2 PriorityQueue

  • Q1: PriorityQueue 的底层数据结构是什么？
  • Q2: PriorityQueue 默认是大顶堆还是小顶堆？如何变成大顶堆？
  • Q3: PriorityQueue 的插入、删除、获取堆顶的时间复杂度分别是多少？
  • Q4: 遍历 PriorityQueue 能得到有序的结果吗？为什么？

4.3 Deque（双端队列）

  • Q1: Deque 接口定义了哪些操作？它可以用作哪些数据结构？
  • Q2: ArrayDeque 和 LinkedList 作为 Deque 使用时有什么区别？哪个更推荐？
  • Q3: ArrayDeque 的底层数据结构是什么？它如何实现循环数组？
  • Q4: 为什么推荐用 ArrayDeque 替代 Stack？

五、Map 接口

5.1 HashMap（重点！）

基础原理

  • Q1: HashMap 在 JDK 1.7 和 1.8 中的数据结构有什么区别？
  • Q2: HashMap 的默认初始容量和负载因子分别是多少？
  • Q3: 为什么 HashMap 的容量必须是 2 的幂次方？
  • Q4: HashMap 的 hash 扰动函数是什么？为什么需要扰动？

链表与红黑树

  • Q5: 链表转红黑树的条件是什么？为什么要双重判断？
  • Q6: 为什么链表阈值是 8？（泊松分布）
  • Q7: 红黑树退化为链表的条件是什么？

put 与 get 流程

  • Q8: 详细描述 HashMap 的 put() 方法执行流程。
  • Q9: HashMap 如何计算 key 的存储位置？
  • Q10: 1.7 和 1.8 中 put 元素到链表使用的是头插还是尾插？为什么 1.8 改了？

扩容机制

  • Q11: HashMap 在什么条件下会触发扩容？
  • Q12: HashMap 扩容时，元素如何重新分配位置？（1.8 高低位链表优化）
  • Q13: 为什么 1.7 的 HashMap 多线程扩容可能导致死循环？

其他

  • Q14: HashMap 允许 key 或 value 为 null 吗？
  • Q15: HashMap 是线程安全的吗？如何让它线程安全？

5.2 LinkedHashMap

  • Q1: LinkedHashMap 和 HashMap 有什么区别？
  • Q2: LinkedHashMap 如何保持顺序？有哪两种顺序模式？
  • Q3: 如何用 LinkedHashMap 实现 LRU 缓存？

5.3 TreeMap

  • Q1: TreeMap 的底层数据结构是什么？
  • Q2: TreeMap 如何保证 key 有序？
  • Q3: TreeMap 的增删查时间复杂度是多少？

5.4 Hashtable

  • Q1: HashMap 和 Hashtable 有什么区别？
  • Q2: 为什么现在不推荐使用 Hashtable？

5.5 ConcurrentHashMap（重点！）

JDK 1.7 版本

  • Q1: JDK 1.7 的 ConcurrentHashMap 采用什么数据结构？
  • Q2: 什么是分段锁（Segment）？它继承自什么类？
  • Q3: JDK 1.7 的并发度是多少？可以调整吗？

JDK 1.8 版本

  • Q4: JDK 1.8 的 ConcurrentHashMap 采用什么数据结构？
  • Q5: JDK 1.8 用什么机制保证线程安全？（CAS + synchronized）
  • Q6: 为什么 JDK 1.8 要用 synchronized 而不是 ReentrantLock？
  • Q7: ConcurrentHashMap 的 get() 方法需要加锁吗？为什么？
  • Q8: ConcurrentHashMap 的 put() 流程是怎样的？

对比

  • Q9: JDK 1.7 和 1.8 的 ConcurrentHashMap 有什么主要区别？
  • Q10: ConcurrentHashMap 能存储 null 的 key 或 value 吗？为什么？

六、并发集合

6.1 CopyOnWriteArrayList

  • Q1: CopyOnWriteArrayList 的实现原理是什么？
  • Q2: CopyOnWriteArrayList 适用于什么场景？有什么缺点？
  • Q3: CopyOnWriteArrayList 和 Collections.synchronizedList 有什么区别？

6.2 CopyOnWriteArraySet

  • Q1: CopyOnWriteArraySet 的底层实现是什么？

6.3 BlockingQueue

  • Q1: BlockingQueue 有哪些常见的实现类？各有什么特点？
  • Q2: 阻塞队列的四种操作方式（抛异常、返回值、阻塞、超时）分别对应哪些方法？
  • Q3: ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue 有什么区别？
  • Q4: 如何用 BlockingQueue 实现生产者-消费者模式？

6.4 ConcurrentLinkedQueue

  • Q1: ConcurrentLinkedQueue 是阻塞队列吗？它用什么机制保证线程安全？

七、工具类

7.1 Collections

  • Q1: Collections.sort() 使用的是什么排序算法？
  • Q2: Collections.synchronizedXxx() 系列方法的原理是什么？
  • Q3: Collections.emptyList() 和 new ArrayList() 有什么区别？
  • Q4: Collections.unmodifiableList() 返回的 List 有什么特点？

7.2 Arrays

  • Q1: Arrays.asList() 返回的 List 是什么类型？能进行增删操作吗？
  • Q2: Arrays.sort() 对基本类型和对象类型分别使用什么排序算法？
  • Q3: Arrays.copyOf() 和 System.arraycopy() 有什么区别？

八、综合对比题

8.1 选择题类型

  • Q1: ArrayList、LinkedList、Vector 如何选择？
  • Q2: HashSet、LinkedHashSet、TreeSet 如何选择？
  • Q3: HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable 如何选择？
  • Q4: ArrayDeque 和 LinkedList 作为队列时如何选择？
  • Q5: HashMap 和 ConcurrentHashMap 如何选择？

8.2 原理对比

  • Q1: hashCode() 和 equals() 的关系是什么？为什么要一起重写？
  • Q2: Comparable 和 Comparator 的区别是什么？
  • Q3: Iterator 和 ListIterator 的区别是什么？

九、场景设计题

  • Q1: 如何设计一个线程安全的 LRU 缓存？
  • Q2: 如何实现一个固定大小的阻塞线程安全队列？
  • Q3: 如何统计一篇文章中每个单词的出现次数？用什么集合？
  • Q4: 如何实现一个能快速查找、有序输出的电话簿？
  • Q5: 如何合并两个有序数组？

附录：常见时间复杂度速查表

集合getadd/putremovecontains有序
ArrayListO(1)O(1)*O(n)O(n)插入序
LinkedListO(n)O(1)**O(1)**O(n)插入序
HashSet-O(1)O(1)O(1)无
LinkedHashSet-O(1)O(1)O(1)插入序
TreeSet-O(log n)O(log n)O(log n)排序
HashMapO(1)O(1)O(1)O(1)无
LinkedHashMapO(1)O(1)O(1)O(1)插入/访问序
TreeMapO(log n)O(log n)O(log n)O(log n)Key 排序
PriorityQueueO(1)***O(log n)O(log n)O(n)堆序

*: 均摊 O(1)，扩容时 O(n)
**: 已知位置时 O(1)，需查找时 O(n)
***: peek() 是 O(1)

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