面试题系列-java后端面试题List 和 Set 的区别

List 和 Set 的区别

List , Set 都是继承自 Collection 接口 List 特点：元素有放入顺序，元素可重复 ，

Set 特点：元素无放入顺序，元素不可重复，重复元素会覆盖掉，（元素虽然无放入顺序，但是元素在set中的位 置是有该元素的 HashCode 决定的，其位置其实是固定的，加入Set 的 Object 必须定义 equals ()方法 ，另外list 支持for循环，也就是通过下标来遍历，也可以用迭代器，但是set只能用迭代，因为他无序，无法用下标来取得想 要的值。） Set和List

对比 Set：检索元素效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变。 List：和数组类似，List可以动态增长，查找元素效率高，插入删除元素效率低，因为会引起其他元素位置改变

HashSet 是如何保证不重复的

向 HashSet 中 add ()元素时，判断元素是否存在的依据，不仅要比较hash值，同时还要结合 equles 方法比较。 HashSet 中的 add ()方法会使用 HashMap 的 add ()方法。以下是 HashSet 部分源码：

private static final Object PRESENT = new Object(); 
private transient HashMap<E,Object> map; 
public HashSet() 
{
   map = new HashMap<>(); 
} 
public boolean add(E e) 
{
   return map.put(e, PRESENT)==null;
}

HashMap 的 key 是唯一的，由上面的代码可以看出 HashSet 添加进去的值就是作为 HashMap 的key。所以不会 重复（ HashMap 比较key是否相等是先比较 hashcode 在比较 equals ）。

HashMap 是线程安全的吗，为什么不是线程安全的?

不是线程安全的；

如果有两个线程A和B，都进行插入数据，刚好这两条不同的数据经过哈希计算后得到的哈希码是一样的，且该位 置还没有其他的数据。所以这两个线程都会进入我在上面标记为1的代码中。假设一种情况，线程A通过if判断，该 位置没有哈希冲突，进入了if语句，还没有进行数据插入，这时候 CPU 就把资源让给了线程B，线程A停在了if语句 里面，线程B判断该位置没有哈希冲突（线程A的数据还没插入），也进入了if语句，线程B执行完后，轮到线程A执 行，现在线程A直接在该位置插入而不用再判断。这时候，你会发现线程A把线程B插入的数据给覆盖了。发生了线 程不安全情况。本来在 HashMap 中，发生哈希冲突是可以用链表法或者红黑树来解决的，但是在多线程中，可能 就直接给覆盖了。

上面所说的是一个图来解释可能更加直观。如下面所示，两个线程在同一个位置添加数据，后面添加的数据就覆盖 除了前面添加的。

如果上述插入是插入到链表上，如两个线程都在遍历到最后一个节点，都要在最后添加一个数据，那么后面添加数 据的线程就会把前面添加的数据给覆盖住。则

在扩容的时候也可能会导致数据不一致，因为扩容是从一个数组拷贝到另外一个数组。

HashMap 的扩容过程

当向容器添加元素的时候，会判断当前容器的元素个数，如果大于等于阈值(知道这个阈字怎么念吗？不念 fa 值， 念 yu 值四声)—即当前数组的长度乘以加载因子的值的时候，就要自动扩容啦。

扩容( resize )就是重新计算容量，向 HashMap 对象里不停的添加元素，而 HashMap 对象内部的数组无法装载更 多的元素时，对象就需要扩大数组的长度，以便能装入更多的元素。当然 Java 里的数组是无法自动扩容的，方法 是使用一个新的数组代替已有的容量小的数组，就像我们用一个小桶装水，如果想装更多的水，就得换大水桶。

HashMap hashMap=new HashMap(cap);

cap =3， hashMap 的容量为4；
cap =4， hashMap 的容量为4；

cap =5， hashMap 的容量为8； 
cap =9， hashMap 的容量为16；

如果 cap 是2的n次方，则容量为 cap ，否则为大于 cap 的第一个2的n次方的数。

HashMap 1.7 与 1.8 的 区别，说明 1.8 做了哪些优化，如何优化的？

HashMap结构图

在 JDK1.7 及之前的版本中， HashMap 又叫散列链表：基于一个数组以及多个链表的实现，hash值冲突的时候， 就将对应节点以链表的形式存储。

JDK1.8 中，当同一个hash值（ Table 上元素）的链表节点数不小于8时，将不再以单链表的形式存储了，会被 调整成一颗红黑树。这就是 JDK7 与 JDK8 中 HashMap 实现的最大区别。

其下基于 JDK1.7.0_80 与 JDK1.8.0_66 做的分析

JDK1.7中

使用一个 Entry 数组来存储数据，用key的 hashcode 取模来决定key会被放到数组里的位置，如果 hashcode 相 同，或者 hashcode 取模后的结果相同（ hash collision ），那么这些 key 会被定位到 Entry 数组的同一个 格子里，这些 key 会形成一个链表。

在 hashcode 特别差的情况下，比方说所有key的 hashcode 都相同，这个链表可能会很长，那么 put/get 操作 都可能需要遍历这个链表，也就是说时间复杂度在最差情况下会退化到 O(n)

JDK1.8中

使用一个 Node 数组来存储数据，但这个 Node 可能是链表结构，也可能是红黑树结构

1. 如果插入的 key 的 hashcode 相同，那么这些key也会被定位到 Node 数组的同一个格子里。
2. 如果同一个格子里的key不超过8个，使用链表结构存储。
3. 如果超过了8个，那么会调用 treeifyBin 函数，将链表转换为红黑树。

那么即使 hashcode 完全相同，由于红黑树的特点，查找某个特定元素，也只需要O(log n)的开销

也就是说put/get的操作的时间复杂度最差只有 O(log n) 听起来挺不错，但是真正想要利用 JDK1.8 的好处，有一个限制：

key的对象，必须正确的实现了 Compare 接口

如果没有实现 Compare 接口，或者实现得不正确（比方说所有 Compare 方法都返回0）

那 JDK1.8 的 HashMap 其实还是慢于 JDK1.7 的

简单的测试数据如下：

向 HashMap 中 put/get 1w 条 hashcode 相同的对象

JDK1.7: put 0.26s ， get 0.55s

JDK1.8 （未实现 Compare 接口）： put 0.92s ， get 2.1s

但是如果正确的实现了 Compare 接口，那么 JDK1.8 中的 HashMap 的性能有巨大提升，这次 put/get 100W条 hashcode 相同的对象

JDK1.8 （正确实现 Compare 接口，）： put/get 大概开销都在320 ms 左右

Java反射机制

Java 反射机制是在运行状态中，对于任意一个类，都能够获得这个类的所有属性和方法，对于任意一个对象都能够 调用它的任意一个属性和方法。这种在运行时动态的获取信息以及动态调用对象的方法的功能称为 Java 的反射机 制。

Class 类与 java.lang.reflect 类库一起对反射的概念进行了支持，该类库包含了 Field,Method,Constructor 类 (每 个类都实现了 Member 接口)。这些类型的对象时由 JVM 在运行时创建的，用以表示未知类里对应的成员。

这样你就可以使用 Constructor 创建新的对象，用 get() 和 set() 方法读取和修改与 Field 对象关联的字段，用 invoke() 方法调用与 Method 对象关联的方法。另外，还可以调用 getFields() getMethods() 和 getConstructors() 等很便利的方法，以返回表示字段，方法，以及构造器的对象的数组。这样匿名对象的信息 就能在运行时被完全确定下来，而在编译时不需要知道任何事情。

LinkedHashMap 的应用

基于 LinkedHashMap 的访问顺序的特点，可构造一个 LRU（Least Recently Used） 最近最少使用简单缓存。 也有一些开源的缓存产品如 ehcache 的淘汰策略（ LRU ）就是在 LinkedHashMap 上扩展的。

数组在内存中如何分配

对于 Java 数组的初始化，有以下两种方式，这也是面试中经常考到的经典题目：

静态初始化：初始化时由程序员显式指定每个数组元素的初始值，由系统决定数组长度，如：

//只是指定初始值，并没有指定数组的长度，但是系统为自动决定该数组的长度为4
String[] computers = {"Dell", "Lenovo", "Apple", "Acer"}; //① 
//只是指定初始值，并没有指定数组的长度，但是系统为自动决定该数组的长度为3 
String[] names = new String[]{"多啦A梦", "大雄", "静香"}; //②

动态初始化：初始化时由程序员显示的指定数组的长度，由系统为数据每个元素分配初始值，如：

//只是指定了数组的长度，并没有显示的为数组指定初始值，但是系统会默认给数组数组元素分配初始值为null
String[] cars = new String[4];//③

因为 Java 数组变量是引用类型的变量，所以上述几行初始化语句执行后，三个数组在内存中的分配情况如下图所 示：

由上图可知，静态初始化方式，程序员虽然没有指定数组长度，但是系统已经自动帮我们给分配了，而动态初始化 方式，程序员虽然没有显示的指定初始化值，但是因为 Java 数组是引用类型的变量，所以系统也为每个元素分配 了初始化值 null ，当然不同类型的初始化值也是不一样的，假设是基本类型int类型，那么为系统分配的初始化值 也是对应的默认值0。