硬核原创｜Java 面试题全梳理（三）

讲一下 HashMap put 的过程

首先会使用 hash 函数来计算 key，然后执行真正的插入方法

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
  Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
  // 如果table 为null 或者没有为table分配内存，就resize一次
  if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
    n = (tab = resize()).length;
  // 指定hash值节点为空则直接插入，这个(n - 1) & hash才是表中真正的哈希
  if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
    tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
  // 如果不为空
  else {
    Node<K,V> e; K k;
    // 计算表中的这个真正的哈希值与要插入的key.hash相比
    if (p.hash == hash &&
        ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
      e = p;
    // 若不同的话，并且当前节点已经在 TreeNode 上了
    else if (p instanceof TreeNode)
      // 采用红黑树存储方式
      e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
    // key.hash 不同并且也不再 TreeNode 上，在链表上找到 p.next==null
    else {
      for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
        if ((e = p.next) == null) {
          // 在表尾插入
          p.next = newNode(hash, key, value, null);
          // 新增节点后如果节点个数到达阈值，则进入 treeifyBin() 进行再次判断
          if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
            treeifyBin(tab, hash);
          break;
        }
        // 如果找到了同hash、key的节点，那么直接退出循环
        if (e.hash == hash &&
            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
          break;
        // 更新 p 指向下一节点
        p = e;
      }
    }
    // map中含有旧值，返回旧值
    if (e != null) { // existing mapping for key
      V oldValue = e.value;
      if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
        e.value = value;
      afterNodeAccess(e);
      return oldValue;
    }
  }
  // map调整次数 + 1
  ++modCount;
  // 键值对的数量达到阈值，需要扩容
  if (++size > threshold)
    resize();
  afterNodeInsertion(evict);
  return null;
}

HashMap put 方法的核心就是在 putval 方法，它的插入过程如下

• 首先会判断 HashMap 中是否是新构建的，如果是的话会首先进行 resize
• 然后判断需要插入的元素在 HashMap 中是否已经存在（说明出现了碰撞情况），如果不存在，直接生成新的k-v 节点存放，再判断是否需要扩容。
• 如果要插入的元素已经存在的话，说明发生了冲突，这就会转换成链表或者红黑树来解决冲突，首先判断链表中的 hash，key 是否相等，如果相等的话，就用新值替换旧值，如果节点是属于 TreeNode 类型，会直接在红黑树中进行处理，如果 hash ,key 不相等也不属于 TreeNode 类型，会直接转换为链表处理，进行链表遍历，如果链表的 next 节点是 null，判断是否转换为红黑树，如果不转换的话，在遍历过程中找到 key 完全相等的节点，则用新节点替换老节点

ConcurrentHashMap 底层实现

ConcurrentHashMap 是线程安全的 Map，它也是高并发场景下的首选数据结构，ConcurrentHashMap 底层是使用分段锁来实现的。

Integer 缓存池

Integer 缓存池也就是 IntegerCache ，它是 Integer 的静态内部类。

它的默认值用于缓存 -128 - 127 之间的数字，如果有 -128 - 127 之间的数字的话，使用 new Integer 不用创建对象，会直接从缓存池中取，此操作会减少堆中对象的分配，有利于提高程序的运行效率。

例如创建一个 Integer a = 24，其实是调用 Integer 的 valueOf ，可以通过反编译得出这个结论

然后我们看一下 valueOf 方法

如果在指定缓存池范围内的话，会直接返回缓存的值而不用创建新的 Integer 对象。

缓存的大小可以使用 XX:AutoBoxCacheMax 来指定，在 VM 初始化时，java.lang.Integer.IntegerCache.high 属性会设置和保存在 sun.misc.VM 的私有系统属性中。

UTF-8 和 Unicode 的关系

由于每个国家都有自己独有的字符编码，所以Unicode 的发展旨在创建一个新的标准，用来映射当今使用的大多数语言中的字符，这些字符有一些不是必要的，但是对于创建文本来说却是不可或缺的。Unicode 统一了所有字符的编码，是一个 Character Set，也就是字符集，字符集只是给所有的字符一个唯一编号，但是却没有规定如何存储，不同的字符其存储空间不一样，有的需要一个字节就能存储，有的则需要2、3、4个字节。

UTF-8 只是众多能够对文本字符进行解码的一种方式，它是一种变长的方式。UTF-8 代表 8 位一组表示 Unicode 字符的格式，使用 1 - 4 个字节来表示字符。

U+ 0000 ~ U+ 007F: 0XXXXXXX

可以看到，UTF-8 通过开头的标志位位数实现了变长。对于单字节字符，只占用一个字节，实现了向下兼容 ASCII，并且能和 UTF-32 一样，包含 Unicode 中的所有字符，又能有效减少存储传输过程中占用的空间。

项目为 UTF-8 环境，char c = '中'，是否合法

可以，因为 Unicode 编码采用 2 个字节的编码，UTF-8 是 Unicode 的一种实现，它使用可变长度的字符集进行编码，char c = '中' 是两个字节，所以能够存储。合法。

Arrays.asList 获得的 List 应该注意什么

Arrays.asList 是 Array 中的一个静态方法，它能够实现把数组转换成为 List 序列，需要注意下面几点

• Arrays.asList 转换完成后的 List 不能再进行结构化的修改，什么是结构化的修改？就是不能再进行任何 List 元素的增加或者减少的操作。

public static void main(String[] args) {
  Integer[] integer = new Integer[] { 1, 2, 3, 4 };
  List integetList = Arrays.asList(integer);
  integetList.add(5);
}

结果会直接抛出

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException

我们看一下源码就能发现问题

// 这是 java.util.Arrays 的内部类，而不是 java.util.ArrayList 
private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements RandomAccess, java.io.Serializable

继承 AbstractList 中对 add、remove、set 方法是直接抛异常的，也就是说如果继承的子类没有去重写这些方法，那么子类的实例去调用这些方法是会直接抛异常的。

下面是AbstractList中方法的定义，我们可以看到具体抛出的异常：

public void add(int index, E element) {
  throw new UnsupportedOperationException();
}
public E remove(int index) {
  throw new UnsupportedOperationException();
}
public E set(int index, E element) {
  throw new UnsupportedOperationException();
}

虽然 set 方法也抛出了一场，但是由于 内部类 ArrayList 重写了 set 方法，所以支持其可以对元素进行修改。

• Arrays.asList 不支持基础类型的转换

Java 中的基础数据类型（byte,short,int,long,float,double,boolean）是不支持使用 Arrays.asList 方法去转换的

Collection 和 Collections 的区别

Collection 和 Collections 都是位于 java.util 包下的类

Collection 是集合类的父类，它是一个顶级接口，大部分抽象类比如说 AbstractList、AbstractSet 都继承了 Collection 类，Collection 类只定义一节标准方法比如说 add、remove、set、equals 等，具体的方法由抽象类或者实现类去实现。

Collections 是集合类的工具类，Collections 提供了一些工具类的基本使用

• sort 方法，对当前集合进行排序, 实现 Comparable 接口的类，只能使用一种排序方案，这种方案叫做自然比较
• 比如实现线程安全的容器 Collections.synchronizedList、 Collections.synchronizedMap 等
• reverse 反转，使用 reverse 方法可以根据元素的自然顺序 对指定列表按降序进行排序。
• fill，使用指定元素替换指定列表中的所有元素。

有很多用法，读者可以翻阅 Collections 的源码查看，Collections 不能进行实例化，所以 Collections 中的方法都是由 Collections.方法 直接调用。

你知道 fail-fast 和 fail-safe 吗

fail-fast 是 Java 中的一种快速失败机制，java.util 包下所有的集合都是快速失败的，快速失败会抛出 ConcurrentModificationException 异常，fail-fast 你可以把它理解为一种快速检测机制，它只能用来检测错误，不会对错误进行恢复，fail-fast 不一定只在多线程环境下存在，ArrayList 也会抛出这个异常，主要原因是由于 modCount 不等于 expectedModCount。

fail-safe 是 Java 中的一种 安全失败 机制，它表示的是在遍历时不是直接在原集合上进行访问，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历，所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到，所以不会触发 ConcurrentModificationException。java.util.concurrent 包下的容器都是安全失败的，可以在多线程条件下使用，并发修改。

ArrayList、LinkedList 和 Vector 的区别

这也是一道老生常谈的问题了

ArrayList、LinkedList、Vector 都是位于 java.util 包下的工具类，它们都实现了 List 接口。

• ArrayList 的底层是动态数组，它是基于数组的特性而演变出来的，所以ArrayList 遍历访问非常快，但是增删比较慢，因为会涉及到数组的拷贝。ArrayList 是一个非线程安全的容器，在并发场景下会造成问题，如果想使用线程安全的容器的话，推荐使用 Collections.synchronizedList；ArrayList 在扩容时会增加 50% 的容量。
• LinkedList 的底层是双向链表，所以 LinkedList 的增加和删除非常快，只需把元素删除，把各自的指针指向新的元素即可。但是 LinkedList 遍历比较慢，因为只有每次访问一个元素才能知道下一个元素的值。LinkedList 也是一个非线程安全的容器，推荐使用 Collections.synchronizedList
• Vector 向量是最早出现的集合容器，Vector 是一个线程安全的容器，它的每个方法都粗暴的加上了 synchronized 锁，所以它的增删、遍历效率都很低。Vector 在扩容时，它的容量会增加一倍。

Exception 和 Error 有什么区别

Exception 泛指的是 异常，Exception 主要分为两种异常，一种是编译期出现的异常，称为 checkedException ，一种是程序运行期间出现的异常，称为 uncheckedException，常见的 checkedException 有 IOException，uncheckedException 统称为 RuntimeException，常见的 RuntimeException 主要有NullPointerException、 IllegalArgumentException、ArrayIndexOutofBoundException等，Exception 可以被捕获。

Error 是指程序运行过程中出现的错误，通常情况下会造成程序的崩溃，Error 通常是不可恢复的，Error 不能被捕获。

String、StringBuilder 和 StringBuffer 有什么区别

String 特指的是 Java 中的字符串，String 类位于 java.lang 包下，String 类是由 final 修饰的，String 字符串一旦创建就不能被修改，任何对 String 进行修改的操作都相当于重新创建了一个字符串。String 字符串的底层使用 StringBuilder 来实现的

StringBuilder 位于 java.util 包下，StringBuilder 是一非线程安全的容器，StringBuilder 的 append 方法常用于字符串拼接，它的拼接效率要比 String 中 + 号的拼接效率高。StringBuilder 一般不用于并发环境

StringBuffer 位于 java.util 包下，StringBuffer 是一个线程安全的容器，多线程场景下一般使用 StringBuffer 用作字符串的拼接

StringBuilder 和 StringBuffer 都是继承于AbstractStringBuilder 类，AbstractStringBuilder 类实现了 StringBuffer 和 StringBuilder 的常规操作。