- 正确答案：Java集合框架是Java中用于存储和操作一组对象的统一架构，主要包括Collection和Map两大接口体系。Collection接口下主要有List、Set、Queue三个子接口，分别代表有序可重复集合、无序不可重复集合和队列；Map接口用于存储键值对，常见实现包括HashMap、TreeMap、LinkedHashMap等。核心实现类如ArrayList、LinkedList、HashSet、TreeSet、HashMap等，各有不同的数据结构和性能特点。 - 解答思路：面试中关于“Java集合”的问题通常考察对集合框架的整体理解、各类集合的特性对比、底层实现原理以及线程安全问题。回答时应先概述集合框架的体系结构，然后重点讲解常用集合类的实现机制，特别是ArrayList、LinkedList、HashMap等高频考点，最后可扩展到并发集合和性能选择建议。 - 深度知识讲解： 1. 集合框架体系结构： - Collection接口：根接口，定义了添加、删除、遍历等基本操作。 - List：有序、可重复、可索引访问。 - ArrayList：基于动态数组实现，支持随机访问，扩容机制为1.5倍增长。 - LinkedList：基于双向链表实现，适合频繁插入删除。 - Vector：线程安全的动态数组，已被Collections.synchronizedList替代。 - Set：无重复元素，依赖equals和hashCode方法。 - HashSet：基于HashMap实现，哈希表存储，无序。 - LinkedHashSet：继承HashSet，内部维护双向链表，保持插入顺序。 - TreeSet：基于红黑树（NavigableMap），元素自然排序或自定义排序。 - Queue：队列接口，常用于BFS、任务调度等。 - PriorityQueue：基于堆（完全二叉树）实现，默认小根堆。 - ArrayDeque：基于循环数组实现双端队列，性能优于LinkedList。 - Map接口：存储键值对，不继承Collection。 - HashMap：最常用，基于哈希表+红黑树（JDK 8+），允许null键null值。 - LinkedHashMap：继承HashMap，维护插入顺序或访问顺序（可用于实现LRU缓存）。 - TreeMap：基于红黑树，键有序。 - Hashtable：线程安全，不允许null键null值，已被ConcurrentHashMap替代。 - ConcurrentHashMap：分段锁（JDK 7）或CAS+synchronized（JDK 8），高效并发。 2. HashMap底层实现原理（重点）： - 数据结构：数组 + 链表 + 红黑树（当链表长度>=8且数组长度>=64时转为红黑树）。 - 哈希函数：hash(key) = (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16) - 高位参与运算，减少哈希冲突。 - 扩容机制：初始容量16，负载因子0.75，阈值threshold = capacity * loadFactor。 - 扩容时容量翻倍，重新计算索引位置（resize）。 - JDK 8优化：扩容时链表节点分为高位和低位两个链表，避免重新hash。 - put流程： 1. 计算key的hash值。 2. 根据hash值确定数组下标index = (n - 1) & hash。 3. 若桶为空，直接插入；否则处理冲突： - 遍历链表或红黑树，若key已存在则替换value。 - 否则插入新节点，并检查是否需要树化。 4. 判断是否需要扩容。 3. 线程安全集合： - Collections.synchronizedXXX：包装类，方法加synchronized，性能差。 - ConcurrentHashMap：JDK 8使用CAS + synchronized锁单个桶，支持高并发。 - CopyOnWriteArrayList：写时复制，读不加锁，适合读多写少场景。 4. 常见问题对比： - ArrayList vs LinkedList： - 查询：ArrayList O(1)，LinkedList O(n) - 插入删除：ArrayList O(n)，LinkedList O(1)（已知位置） - 内存：ArrayList连续空间，LinkedList每个节点额外两个指针 - HashMap vs TreeMap： - 时间：HashMap平均O(1)，TreeMap O(log n) - 排序：HashMap无序，TreeMap有序 - HashSet vs TreeSet：类似HashMap vs TreeMap 5. fail-fast机制： - 多数集合类（如ArrayList、HashMap）在迭代过程中如果被其他线程修改，会抛出ConcurrentModificationException。 - 原理：modCount记录修改次数，迭代器创建时记录expectedModCount，每次操作前检查是否一致。 - 代码示例：HashMap put方法简化版逻辑（伪代码） ``` class HashMap { Node[] table; int size; float loadFactor = 0.75f; public V put(K key, V value) { int hash = hash(key); int index = (table.length - 1) & hash; Node p = table[index]; if (p == null) { table[index] = new Node<>(hash, key, value, null); } else { Node e = null; K k; if (p.hash == hash && (k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))) e = p; else if (p instanceof TreeNode) e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, table, hash, key, value); else { for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { p.next = new Node<>(hash, key, value, null); if (binCount >= 7) treeifyBin(table, index); // 转红黑树 break; } if (e.hash == hash && (k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))) break; p = e; } } if (e != null) { V oldValue = e.value; e.value = value; return oldValue; } } size++; if (size > table.length * loadFactor) resize(); return null; } private int hash(Object key) { if (key == null) return 0; int h = key.hashCode(); return h ^ (h >>> 16); } private void resize() { Node[] oldTab = table; int oldCap = oldTab.length; int newCap = oldCap << 1; Node[] newTab = new Node[newCap]; table = newTab; for (Node e : oldTab) { if (e != null) { if (e.next == null) { int i = (newCap - 1) & e.hash; newTab[i] = e; } else { Node loHead = null, loTail = null; Node hiHead = null, hiTail = null; Node next; do { next = e.next; if ((e.hash & oldCap) == 0) { if (loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e; } else { if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e; } } while ((e = next) != null); if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } } ``` - 扩展建议： - 掌握集合的fail-fast与fail-safe（如ConcurrentHashMap使用迭代器不会抛异常）。 - 理解Comparable与Comparator在排序集合中的作用。 - 了解Java 8新增的集合操作，如Stream API、forEach、removeIf等。 - 实际应用中根据场景选择合适集合：如LRU缓存可用LinkedHashMap，高并发用ConcurrentHashMap，排序用TreeSet等。

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