Java 进阶面试题总结，涉及集合、JVM、并发等内容，文章将不断更新。
1. Java集合
1.1 Java中常见的集合有哪些？
Java 中的集合主要可以分为四个部分：List、Set、Map 和工具类（如 Iterator 迭代器、Enumeration 枚举类、Arrays 和 Collections）。这些集合类主要由两个接口派生而来，即 Collection（包含 List、Set、Queue）和 Map，它们是集合框架的根接口。
List：一种有序列表的集合，例如，按索引排列的元素的List。常见的实现类有ArrayList、LinkedList和Vector。Set：一种保证没有重复元素的集合。常见的实现类有HashSet、LinkedHashSet和TreeSet。Map：一种通过键值（Key-Value）查找的映射表集合。常见的实现类有HashMap和TreeMap。
1.2 线程安全的集合有哪些？
Java 中的线程安全集合主要包括以下几种：
Vector：这是一个线程安全的动态数组，它提供了与ArrayList类似的功能，但每个方法都是同步的，这意味着在多线程环境下，它的性能会比ArrayList差。Hashtable：这是一个线程安全的哈希表实现，类似于HashMap，但是Hashtable的方法都是同步的。Stack：这是一个线程安全的栈实现，它继承自Vector。ConcurrentLinkedQueue：这是一个线程安全的队列实现，使用了非阻塞算法。BlockingQueue接口的实现类，如ArrayBlockingQueue，LinkedBlockingQueue等。CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet：这是两个线程安全的集合，它们会在修改操作时复制一份数据，避免了修改时的并发问题。ConcurrentHashMap：这是一个线程安全的HashMap，它通过将数据分段，从而达到并发控制，性能要优于Hashtable。ConcurrentSkipListMap：线程安全且排序的哈希表。
值得注意的是，为了保证集合是线程安全的，相应的效率也比较低；线程不安全的集合效率相对会高一些。如果你的代码只在一个线程中运行，或者多个线程只是读取集合而不修改集合，那么你可以选择线程不安全的集合，因为它们的性能通常会更好。
1.3 ArrayList和LinkedList的异同点？
ArrayList 和 LinkedList 都是 Java 中常用的 List 实现类，它们有一些共同点，也有一些不同点。
共同点：
ArrayList和LinkedList都是单列集合中List接口的实现类，它们都是存取允许重复，且有序的元素。
不同点：
- 内部实现：
ArrayList是基于动态数组实现的，底层使用数组来存储元素。而LinkedList是基于链表实现的，底层使用双向链表来存储元素。 - 随机访问：对于随机访问
get和set方法，ArrayList的速度通常优于LinkedList，因为ArrayList可以根据下标以O(1)的时间复杂度对元素进行随机访问，而LinkedList的每一个元素都依靠地址指针和它后一个元素连接在一起，查找某个元素的时间复杂度是O(n)。 - 插入和删除操作：对于插入和删除操作，
LinkedList的速度通常优于ArrayList，因为当元素被添加到LinkedList任意位置的时候，不需要像ArrayList那样重新计算大小或者是更新索引。 - 内存占用：
LinkedList比ArrayList更占内存，因为LinkedList的节点除了存储数据，还存储了两个引用，一个指向前一个元素，一个指向后一个元素。而ArrayList使用数组来存储元素，因此插入和删除元素时需要移动其他元素占用内存，所以在频繁进行插入和删除操作时，ArrayList的性能会比较低，且可能会造成内存浪费。
1.4 ArrayList的扩容机制是什么？
ArrayList 的扩容机制是其核心特性之一。在 ArrayList 中添加元素时，如果当前的数组已经满了，那么 ArrayList 会创建一个新的、更大的数组，并将原有数组的元素复制到新的数组中，这个过程就叫做扩容。
具体来说，ArrayList 的扩容机制如下：
- 当向
ArrayList中添加元素时，首先会检查ArrayList的当前大小（也就是它内部的数组大小）是否能够容纳新的元素。如果可以，那么新元素就直接被添加到ArrayList中。 - 如果
ArrayList的当前大小不足以容纳新的元素，那么ArrayList就需要进行扩容操作。在扩容操作中，ArrayList会创建一个新的数组，新数组的大小是原数组大小的1.5倍，这个值是在 JDK 的源码中定义的。 - 接着，
ArrayList会使用System.arraycopy方法，将原有数组中的所有元素复制到新的数组中。 - 最后，新的数组会替代原有的数组，成为
ArrayList的内部数组。
值得注意的是，ArrayList 的扩容操作需要重新分配内存空间，并将原来的元素复制到新的数组中，这可能会导致性能问题。因此，在实例化 ArrayList 时设置足够的初始容量，并且尽可能减少数组扩容的次数，可以帮助提高性能：
1 | ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>(100); |
1.5 HashMap的底层数据结构是什么？
HashMap 的底层数据结构主要包括哈希表（数组）、链表和红黑树。
- 哈希表（数组）：
HashMap主要依赖于哈希表来存储数据。哈希表中的每个元素被称为bucket。数组的每个位置都可以存放一个元素（键值对），数组的索引是通过键的哈希码经过哈希函数计算得来的。这样我们就可以通过键快速定位到数组的某个位置，取出相应的值，这就是HashMap快速获取数据的原理。 - 链表：在理想的情况下，哈希函数将每个键均匀地散列到哈希表的各个位置。但在实际中，我们可能会遇到两个不同的键计算出相同的哈希值，这就是所谓的哈希冲突。
HashMap通过使用链表来解决这个问题。当哈希冲突发生时，HashMap会在冲突的bucket位置增加一个链表，新的元素会被添加到链表的末尾。每个链表中的元素都包含了相同哈希值的键值对。 - 红黑树：从 Java 8 开始，如果链表的长度超过一定的阈值（默认为8），那么链表会被转换为红黑树。红黑树是一种自平衡的二叉查找树，通过保持树的平衡，可以提高查找效率。
1.6 为什么在解决Hash冲突的时候，不直接用红黑树，而是先用链表，再转红黑树？
在解决 Hash 冲突的时候，HashMap 在链表长度大于8的时候才会将链表转换为红黑树，而不是直接使用红黑树，这主要有以下几个原因：
- 查询效率：红黑树的平均查找长度是
log(n)，当链表长度为8时，查找长度为log(8) = 3，而链表的平均查找长度为n/2，当长度为8时，平均查找长度为8 / 2 = 4。因此，当链表长度小于等于8时，使用链表的查询效率其实并不比红黑树差。 - 插入效率和空间效率：链表的插入操作比红黑树快，且链表的空间占用也比红黑树小。因此，在元素数量较少时，使用链表比红黑树更高效1。
- 防止频繁转换：如果链表长度在8左右徘徊，且频繁地进行插入和删除操作，可能会导致链表和红黑树之间频繁地转换，这会降低效率。因此，
HashMap设计了两个阈值，链表长度超过8时转为红黑树，少于6时转回链表，这样可以减少转换的频率。
总的来说，这种设计是为了在保证查询效率的同时，尽可能地提高插入效率和空间效率，以及减少因频繁转换而带来的开销。
1.7 什么是负载因子？为什么HashMap的默认负载因子为0.75？
负载因子是用于表示哈希表中元素填满的程度的一个参数。在哈希表（如 Java 的 HashMap）中，负载因子是和扩容机制有关的，当哈希表中的元素个数超过了容量乘以负载因子时，就会进行扩容。例如，如果当前的容器容量是16，负载因子是0.75，16 * 0.75 = 12，也就是说，当容量达到了12的时候就会进行扩容操作。
负载因子的大小对哈希表的性能有重要影响。如果负载因子过大，那么哈希表中的冲突会更频繁，导致查找效率降低。反之，如果负载因子过小，那么哈希表的空间利用率就会降低，导致内存浪费。因此，选择一个合适的负载因子，可以在时间效率和空间效率之间达到一个平衡。在 Java 的 HashMap 中，负载因子的默认值是0.75，这是一个在时间和空间效率之间的折衷选择。