☕ Java集合框架面试10题

1. HashMap底层数据结构是什么？JDK 1.8做了什么优化？

标准答案：数组+链表+红黑树。1.8核心优化——链表长度≥8且数组长度≥64时转红黑树，查询从O(n)→O(logn)。退化条件是节点数≤6时转回链表。

// put流程简析
1. 计算hash： (key==null)?0 : (h=key.hashCode())^(h>>>16)
2. 数组为空则resize()初始化
3. (n-1)&hash 定位桶位置
4. 桶为空→直接放；桶有值→判断key相等覆盖/否则链表尾插/红黑树插入
5. size超过threshold则resize()扩容

面试加分："扰动函数——高16位异或低16位，让hash分布更均匀，减少碰撞。"

2. HashMap扩容机制是怎样的？

标准答案：容量翻倍（oldCap×2），阈值也翻倍。1.8扩容优化——不需要重新hash，原位置要么保持不变，要么移动到原位置+oldCap。resize()通过高位bit判断：新增bit=0则位置不变，=1则位置+oldCap。

// 扩容核心逻辑（简化）
for (Node e : oldTab) {
    if (e.next == null) 
        newTab[e.hash & (newCap-1)] = e;  // 单节点直接重定位
    // 链表/红黑树：根据 hash & oldCap 是否为0分流
    // =0 → 留在原位  =1 → 移到 j + oldCap
}

3. ConcurrentHashMap如何保证线程安全？1.7 vs 1.8区别？

标准答案：

• JDK 1.7：分段锁Segment（可配16段），继承ReentrantLock，每段独立加锁，并发度=段数

• JDK 1.8：CAS+synchronized，锁粒度为桶的头节点。put时：桶为空→CAS插入；桶有值→synchronized锁头节点后插入。扩容支持多线程并发迁移，效率大幅提升

面试必杀："1.8去掉了分段锁，采用了更细粒度的桶级别锁+CAS，并发度更高。扩容时多个线程可以同时帮忙迁移数据，这是1.8最大的性能突破。"

4. ArrayList和LinkedList有什么区别？什么时候用哪个？

标准答案：

• ArrayList：基于动态数组，随机访问O(1)，尾部插入O(1)，中间插入O(n)。适合频繁查询

• LinkedList：基于双向链表，随机访问O(n)，头尾插入O(1)。适合频繁增删（但实际ArrayList在大部分场景下更快，因为LinkedList需要先遍历定位）

• 扩容：ArrayList默认扩容1.5倍（oldCapacity + oldCapacity>>1），LinkedList不需要扩容

面试陷阱："都说不适合频繁增删用LinkedList，但LinkedList需要先遍历到目标位置，所以随机插入时ArrayList未必慢。"

5. HashSet如何保证元素不重复？

标准答案：HashSet底层就是HashMap——元素存为HashMap的key，value是一个固定的Object常量PRESENT。add()调HashMap.put()，重复key直接覆盖value，所以不报错也不重复。

// HashSet源码本质
public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT) == null;  // HashMap的key不重复
}

6. TreeMap和HashMap的区别？TreeMap底层是什么？

标准答案：TreeMap底层是红黑树，key按自然顺序或Comparator排序，put/get/remove都是O(logn)。HashMap无序O(1)。需要排序遍历时用TreeMap。

关键点：TreeMap的key必须实现Comparable或传入Comparator，否则put时报ClassCastException。

7. HashMap为什么线程不安全？什么情况会死循环？

标准答案：

• JDK 1.7扩容时头插法，多线程并发resize可能形成环形链表，get时死循环——CPU直接100%

• JDK 1.8改为尾插法解决了死循环，但仍存在数据覆盖问题：两个线程同时put，可能一个被覆盖。

结论："多线程用ConcurrentHashMap，不要用HashMap+外部同步。"

8. Collections.synchronizedMap和ConcurrentHashMap区别？

标准答案：

• synchronizedMap：所有方法加synchronized对象锁，读写全互斥，并发低

• ConcurrentHashMap：JDK 1.8用CAS+synchronized桶级锁，读不阻塞，写锁粒度细，并发高

一句话："除了JDK 1.5以下版本兼容，都直接用ConcurrentHashMap。"

9. Iterator遍历时删除元素，怎么做才对？

标准答案：用Iterator.remove()，不要用集合自身的remove()。增强for循环本质也是Iterator，但直接调list.remove()会触发ConcurrentModificationException（modCount != expectedModCount）。

// ✅ 正确
Iterator it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    if (it.next().equals("target")) it.remove();
}

// ❌ 错误——ConcurrentModificationException
for (String s : list) { if (s.equals("target")) list.remove(s); }

10. Comparable和Comparator有什么区别？

标准答案：

• Comparable：内部比较，类实现compareTo()，自然排序，侵入式修改

• Comparator：外部比较，独立写compare()，定制排序，非侵入，更灵活

场景："Collections.sort(list)用Comparable；Collections.sort(list, new MyComparator())用Comparator。Stream.sorted(Comparator.comparing())是Comparator的现代用法。"

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