Java 集合面试题 52 道

1. 什么是集合#

放对象引用的容器（不是对象本身）。主要三类：Set（集）、List（列表）、Map（映射）。→ 集合框架总览

2. 集合的特点#

集中管理对象；长度可变（对比数组需提前定长）。

3. 集合和数组的区别#

4. 使用集合框架的好处#

容量自增长；高性能数据结构与算法；易扩展改写；降低维护成本。

5. 常用的集合类有哪些#

• Collection 子接口：Set、List、Queue
• Set 实现：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet
• List 实现：ArrayList、LinkedList、Vector、Stack
• Map 实现：HashMap、TreeMap、Hashtable、ConcurrentHashMap、Properties

6. List、Set、Map 三者的区别#

Collection 体系（List/Set/Queue）存单个元素；Map 存键值对，不继承 Collection。

• List：有序、可重复、可多个 null、有索引。实现：ArrayList、LinkedList、Vector
• Set：无序（或按规则排序）、不可重复、最多一个 null。实现：HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
• Map：键唯一、值可重复；键无序（TreeMap 除外）。实现：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、ConcurrentHashMap

7. 集合框架底层数据结构#

8. 哪些集合类是线程安全的#

• Vector：方法 synchronized，已不推荐
• Hashtable：全表锁，已不推荐
• ConcurrentHashMap：分段锁（1.7）/ CAS + synchronized 桶头（1.8），推荐

ArrayList、HashMap、HashSet 等均非线程安全。

9. Java 集合的快速失败机制 fail-fast#

多线程（或单线程错误方式）在迭代期间修改集合结构，迭代器检测到 modCount 变化，抛 ConcurrentModificationException。

原因：迭代器维护 expectedModCount，与集合 modCount 不一致即失败。

解决：结构修改加锁；或使用 CopyOnWriteArrayList 等 fail-safe 容器。

10. 怎么确保一个集合不能被修改#

Collections.unmodifiableCollection(c) 创建只读视图，任何修改操作抛 UnsupportedOperationException。

11. Iterator 是什么#

遍历 Collection 的统一接口，取代旧 Enumeration；允许在迭代中通过 remove() 删除元素。

12. Iterator 怎么使用？有什么特点#

Iterator it = list.iterator() → hasNext() / next()。特点：单向遍历；结构被外部修改时抛异常，相对更安全。

13. 如何边遍历边移除 Collection 中的元素#

正确：Iterator.remove()。

错误：增强 for 中 list.remove(i) → ConcurrentModificationException（foreach 底层也是 Iterator，与外部 remove 冲突）。

14. Iterator 和 ListIterator 有什么区别#

15. 遍历 List 有哪些方式？最佳实践#

1. for 循环 + 下标：基于计数器
2. Iterator：统一接口，可删除
3. foreach：语法糖，底层 Iterator，不能删改

最佳实践：实现 RandomAccess 的 List（如 ArrayList）用 for 循环；否则用 Iterator / foreach。LinkedList 未实现 RandomAccess。

16. ArrayList 的优缺点#

优点：数组实现 + RandomAccess，随机访问 O(1)；尾部追加方便。

缺点：中间插入/删除需元素复制，代价高。

适合：顺序追加 + 随机访问多的场景。

17. 如何实现数组和 List 之间的转换#

• 数组 → List：Arrays.asList(array)（返回固定大小列表，不能增删）
• List → 数组：list.toArray() 或 list.toArray(new String[0])

18. ArrayList 和 LinkedList 的区别#

结论：大多数场景优先 ArrayList；频繁头尾增删且少随机访问时用 LinkedList。

19. ArrayList 和 Vector 的区别#

均实现 List，底层都是数组。

单线程优先 ArrayList。

20. 插入数据时 ArrayList、LinkedList、Vector 谁较快#

• ArrayList / Vector：数组存储，按下标访问快；中间插入需移动元素
• Vector：方法同步，比 ArrayList 慢
• LinkedList：插入只需改指针，中间插入通常更快

21. 多线程场景下如何使用 ArrayList#

Collections.synchronizedList(list) 包装成线程安全列表；或改用 CopyOnWriteArrayList（读多写少）。

22. 为什么 ArrayList 的 elementData 加 transient#

ArrayList 实现 Serializable，但 elementData 数组可能有很多空位。transient 阻止默认序列化数组，在 writeObject 中只序列化 size 以内的有效元素，减小体积、加快速度。

23. List 和 Set 的区别#

均继承 Collection。

• List：有序、可重复、多 null、有索引，可 for 下标遍历
• Set：无序（或排序）、不可重复、最多一个 null，只能 Iterator 遍历

效率特点：Set 检索慢、增删快（不移动大量元素）；List 查找快（数组类）、中间增删慢。

24. HashSet 的实现原理#

基于 HashMap：元素存为 HashMap 的 key，value 统一为 PRESENT 占位对象。操作本质调用 HashMap 的 put。

25. HashSet 如何检查重复#

add() → HashMap.put()：先比 hashCode 定位桶，再比 equals。key 相等则覆盖（返回旧 value），Set 视角即重复不加入。

hashCode 与 equals 规定：

1. equals 相等 → hashCode 必同
2. hashCode 同 → equals 不一定相等
3. 重写 equals 必须重写 hashCode

== vs equals：== 比地址；equals 比内容。→ Java Object 类

26. HashSet 与 HashMap 的区别#

27. 什么是 Hash 算法#

把任意长度二进制映射为固定长度的较小值（哈希值）。

28. 什么是链表#

物理地址不连续的节点通过指针连接。单链表只有 next；双向链表有 pre + next。优点：插入删除快、内存灵活；缺点：不能随机访问。

29. HashMap 的实现原理#

基于哈希表的 Map 非同步实现；允许 null 键和 null 值；不保证顺序。

结构：数组 + 链表（+ 红黑树，JDK 8+）。

put 流程概要：

1. 算 key 的 hash，定位数组下标
2. 桶空 → 直接放；桶非空 → 比 hash + equals
3. key 相同 → 覆盖 value；不同 → 挂链表或红黑树
4. 链表长度 > 8 且数组 ≥ 64 → 树化

get：算 hash 找桶 → 链表/树中比 key。

30. HashMap 在 JDK 1.7 和 1.8 中有哪些不同#

31. 什么是红黑树#

自平衡二叉查找树：节点红/黑着色 + 五条约束（根黑、叶黑、红节点子必黑、任意路径黑节点数相同等）。HashMap 在链表过长时树化，查找从 O(n) 降到 O(log n)。

32. HashMap 的 put 方法具体流程#

1. table 空 → resize 初始化
2. i = (n-1) & hash 定位桶
3. 桶空 → newNode 放入
4. 桶非空：首节点 key 相同 → 覆盖；是 TreeNode → 树插入；否则链表尾插
5. 链表 ≥ 8 → treeifyBin
6. ++size > threshold → resize

hash 函数：(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)，高低位异或减少碰撞。

33. HashMap 的扩容操作#

• 触发：初始化或 size > threshold（容量 × 0.75）
• 每次扩容为 2 倍
• JDK 8：元素要么留原索引，要么移到 原索引 + oldCap（(e.hash & oldCap) == 0 判断），无需重新完整 hash

默认初始容量 16，负载因子 0.75。

34. HashMap 是怎么解决哈希冲突的#

链地址法（拉链法）：同 hash 桶的元素串成链表；JDK 8 链表过长转红黑树。

hash 扰动：(hashCode) ^ (hashCode >>> 16)，让高位参与运算，减少低位碰撞。

开放地址法 Java HashMap 不用。

35. 能否使用任何类作为 Map 的 key#

可以，但需：

1. 重写 equals 则必须重写 hashCode
2. 遵守 equals/hashCode 契约
3. 最佳实践：key 类不可变（如 String、Integer），避免 hash 值变化

36. 为什么 String、Integer 适合作为 HashMap 的 key#

final 不可变；已重写 equals/hashCode；String 还可缓存 hashCode，减少重复计算。→ Java 字符串

37. 如果用 Object 作为 HashMap 的 Key 怎么办#

必须正确重写 hashCode() 和 equals()；hashCode 不要排除关键字段；equals 满足自反、对称、传递、一致，且 x.equals(null) 为 false。

38. HashMap 为什么不直接用 hashCode 作为 table 下标#

hashCode 是 int（约 40 亿空间），而 table 容量远小于此，直接取余/映射会碰撞严重且可能越界。

解决：

1. 扰动函数压缩并混合高低位
2. 容量为 2 的幂，用 (n-1) & hash 代替 %，等价且更快

39. HashMap 的长度为什么是 2 的幂次方#

(n-1) & hash 等价于 hash % n（当 n 为 2 的幂）；位运算更快；配合扰动使分布更均匀。创建时容量会向上取整到 2 的幂。

40. HashMap 与 Hashtable 有什么区别#

41. 什么是 TreeMap#

基于红黑树的有序 key-value 集合；按键的自然顺序或构造时传入的 Comparator 排序；非线程安全。

42. 如何决定使用 HashMap 还是 TreeMap#

增删查定位 → HashMap（O(1) 均摊）；需要有序遍历 key → TreeMap（O(log n)）。

43. HashMap 和 ConcurrentHashMap 的区别#

44. ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别#

45. ConcurrentHashMap 底层实现原理#

JDK 1.7：Segment 数组 + HashEntry 链表；Segment 继承 ReentrantLock，锁一段数据。

JDK 1.8：废弃 Segment，Node 数组 + 链表/红黑树；空桶 CAS 插入；非空则 synchronized 锁桶头节点（或 TreeBin），粒度更细。

put 概要：桶空 → CAS 放入；桶非空 → synchronized 锁头，链表/树插入；必要时树化；更新 baseCount。

46. Array 和 ArrayList 有何区别#

基本类型固定大小场景用数组；动态对象集合用 ArrayList。

47. 如何实现 Array 和 List 之间的转换#

同第 17 题：Arrays.asList(array)；list.toArray()。

48. Comparable 和 Comparator 的区别#

一个类只能一种自然排序；多种排序规则用多个 Comparator + Collections.sort(list, comparator)。

49. Collection 和 Collections 有什么区别#

• Collection：集合接口，List/Set 的父接口
• Collections：工具类，提供 sort、binarySearch、reverse、synchronizedXxx、unmodifiableXxx 等静态方法

→ 集合框架总览

50. TreeMap、TreeSet 和 Collections.sort 如何比较元素#

• TreeSet：元素类实现 Comparable，插入时 compareTo
• TreeMap：键实现 Comparable（或构造时传 Comparator）
• Collections.sort：
  • 单参数：元素实现 Comparable
  • 双参数：传入 Comparator（不要求元素本身可比较）