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List

1. 为什么 arraylist 不安全？

我们查看源码发现 arraylist 的 CRUD 操作，并没有涉及到锁之类的东西。底层是数组，初始大小为 10。插入时会判断数组容量是否足够，不够的话会进行扩容。所谓扩容就是新建一个新的数组，然后将老的数据里面的元素复制到新的数组里面(所以增加较慢)。

2. CopyOnWriteArrayList 有什么特点？

它是 List 接口的一个实现类，在 java.util.concurrent（简称 JUC，后面我全部改成 juc，大家注意下）。

内部持有一个 ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); 对于增删改操作都是先加锁再释放锁，线程安全。并且锁只有一把，而读操作不需要获得锁，支持并发。
读写分离，写时复制出一个新的数组，完成插入、修改或者移除操作后将新数组赋值给 array。

3. CopyOnWriteArrayList 与 Vector 的选择？

Vector 是增删改查方法都加了 synchronized，保证同步，但是每个方法执行的时候都要去获得锁，性能就会大大下降，而 CopyOnWriteArrayList 只是在增删改上加锁，但是读不加锁，在读方面的性能就好于 Vector，CopyOnWriteArrayList 支持读多写少的并发情况。
Vector 和 CopyOnWriteArrayList 都是 List 接口的一个实现类。

4. CopyOnWriteArrayList 适用于什么情况？

我们看源码不难发现他每次增加一个元素都要进行一次拷贝，此时严重影响了增删改的性能，其中和 arraylist 差了好几百倍。
所以对于读多写少的操作 CopyOnWriteArrayList 更加适合，而且线程安全。
DriverManager 这个类就使用到了CopyOnWriteArrayList。

5. LinkedList 和 ArrayList 对比？

LinkedList<Integer> lists = new LinkedList<>();

 lists.addFirst(1);
 lists.push(2);
 lists.addLast(3);
 lists.add(4);
 lists.addFirst(5);
 
 lists.forEach(System.out::println);
// 5 2 1 3 4

addFirst 和 addLast 方法很清楚。push 方法默认是 addFirst 实现。add 方法默认是 addLast 实现。所以总结一下就是 add 和 last，push 和 first。

其实我们要明白一下，链表相对于数组来说，链表的添加和删除速度很快，是顺序添加删除很快，因为一个 linkedList 会保存第一个节点和最后一个节点，时间复杂度为O(1)，但是你要指定位置添加 add(int index, E element) ，那么此时他会先遍历，然后找到改位置的节点，将你的节点添加到他前面，此时时间复杂度最大值为 O(n)。

数组呢？我们知道 ArrayList 底层实现就是数组，数组优点就是由于内存地址是顺序的，属于一块整的，此时遍历起来很快，添加删除的话，他会复制数组，当数组长度特别大时所消耗的时间会很长。这是一张图，大家可以看一下：
在这里插入图片描述

6. Arrays.asList() 方法返回的数组是不可变得吗？

List<Integer> integers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
integers.set(2, 5); // 这个操作可以
//integers.add(6); 这个会抛出异常
integers.forEach(System.out::println); // 1 2 5 4 5

 1. 很显然我们是可以修改 list集合的 可以使用set方法
 2. 但是当我们尝试去使用add() 方法时,会抛出 java.lang.UnsupportedOperationException 的异常,
不支持操作的异常
 3.当我们使用 java9+时 可以使用 List.of()方法 ,他就是彻彻底底的不可修改的

7. 怎么将一个不安全数组换成安全数组？

 1. 使用 Collections这个工具类
List<Integer> integers1 = Collections.synchronizedList(integers);

 2. java5+ 变成 CopyOnWriteArrayList
CopyOnWriteArrayList<Integer> integers2 = (CopyOnWriteArrayList<Integer>) integers;

 3. java9+ ,使用 List.of() 变成只读对象

8. Collections 工具类？

1. 创建一个安全的空集合,防止NullPointerException异常
List<String> list = Collections.<String>emptyList();

2. 拷贝集合
 Collections.addAll(list, 2,3, 4, 5, 6);
 
3. 构建一个安全的集合
 List<Integer> safeList = Collections.synchronizedList(list);
 
4. 二分查找
Collections.binarySearch(list, 2);

5.翻转数组
Collections.reverse(list);

Set

1. HashSet、TreeSet 和 LinkedHashSet 三种类型什么时候使用它们？

如你的需求是要一个能快速访问的 Set，那么就要用 HashSet，HashSet 底层是 HashMap 实现的，其中的元素没有按顺序排列。

如果你要一个可排序 Set，那么你应该用 TreeSet，TreeSet 的底层实现是 TreeMap。

如果你要记录下插入时的顺序时，你应该使用 LinedHashSet。

Set 集合中不能包含重复的元素，每个元素必须是唯一的，你只要将元素加入 set 中，重复的元素会自动移除。所以可以去重，很多情况下都需要使用（但是去重方式不同）。

LinkedHashSet 正好介于 HashSet 和 TreeSet 之间，它也是一个基于 HashMap 和双向链表的集合，但它同时维护了一个双链表来记录插入的顺序，基本方法的复杂度为 O(1)。

三者都是线程不安全的，需要使用 Collections.synchronizedSet(new HashSet(…))。

2. HashSet 和 LinkedHashSet 判定元素重复的原则是相同的？

会先去执行 hashCode() 方法，判断是否重复。如果 hashCode() 返回值相同，就会去判断 equals 方法。如果 equals() 方法还是相同，那么就认为重复。

3. TreeSet 判断元素重复原则？

TreeSet 的元素必须是实现了 java.lang.Comparable 接口，所以他是根据此个接口的方法 compareTo 方法进行判断重复的，当返回值一样的时认定重复。

4. 怎么实现一个线程安全的 hashset？

我们看源码会发现他里面有一个 HashMap（用 transient 关键字标记的成员变量不参与序列化过程，因为 HashMap 已经实现 Serializable）。

5. CopyOnWriteArraySet 的实现？

public CopyOnWriteArraySet() {
     al = new CopyOnWriteArrayList<E>();
 }

很显然翻源码我们发现他实现了 CopyOnWriteArrayList()。

Map

1. Hashtable 特点？

Hashtable 和 ConcurrentHashMap 以及 ConcurrentSkipListMap 以及 TreeMap 不允许 key 和 value 值为空，但是 HashMap 可以 key 和 value 值都可以为空。
Hashtable 的方法都加了 Synchronized 关键字修饰，所以线程安全。
它是数组+链表的实现。

2. ConcurrentHashMap 问题？

取消 segments 字段，直接采用 transient volatile HashEntry<K,V>[] table 保存数据。

采用 table 数组元素作为锁，从而实现了对每一行数据进行加锁，进一步减少并发冲突的概率。

把 Table 数组＋单向链表的数据结构变成为 Table 数组＋单向链表＋红黑树的结构。

当链表长度超过 8 以后，单向链表变成了红黑数；在哈希表扩容时，如果发现链表长度小于 6，则会由红黑树重新退化为链表。

对于其他详细我不吹，看懂的么几个，他比 HashMap 还要难。

对于线程安全环境下介意使用 ConcurrentHashMap 而不去使用 Hashtable。

3. 为什么不去使用 Hashtable 而去使用 ConcurrentHashMap？

HashTable 容器使用 synchronized 来保证线程安全，但在线程竞争激烈的情况下 HashTable 的效率非常低下。因为当一个线程访问 HashTable 的同步方法时，其他线程访问 HashTable 的同步方法时，可能会进入阻塞或轮询状态。如线程 1 使用 put 进行添加元素，线程 2 不但不能使用 put 方法添加元素，并且也不能使用 get 方法来获取元素，所以竞争越激烈效率越低。

4. ConcurrentSkipListMap 与 TreeMap 的选择？

ConcurrentSkipListMap 提供了一种线程安全的并发访问的排序映射表。内部是 SkipList（跳表）结构实现，利用底层的插入、删除的 CAS 原子性操作，通过死循环不断获取最新的结点指针来保证不会出现竞态条件。在理论上能够在 O(log(n)) 时间内完成查找、插入、删除操作。调用 ConcurrentSkipListMap 的 size 时，由于多个线程可以同时对映射表进行操作，所以映射表需要遍历整个链表才能返回元素个数，这个操作是个 O(log(n)) 的操作。

在JDK1.8 中，ConcurrentHashMap 的性能和存储空间要优于 ConcurrentSkipListMap，但是 ConcurrentSkipListMap 有一个功能：它会按照键的自然顺序进行排序。

故需要对键值排序，则我们可以使用 TreeMap，在并发场景下可以使用 ConcurrentSkipListMap。

所以我们并不会去纠结 ConcurrentSkipListMap 和 ConcurrentHashMap 两者的选择。

5. LinkedHashMap 的使用？

主要是为了解决读取的有序性。基于 HashMap 实现的。

Queue

1. 队列是什么？

我们都知道队列 (Queue) 是一种先进先出 (FIFO) 的数据结构，Java 中定义了 java.util.Queue 接口用来表示队列。Java 中的 Queue 与 List、Set 属于同一个级别接口，它们都是实现了 Collection 接口。
注意：HashMap 没有实现 Collection 接口。

2. Deque 是什么？

它是一个双端队列。我们用到的 linkedlist 就是实现了 deque 的接口。支持在两端插入和移除元素。

3. 常见的几种队列实现？

LinkedList 是链表结构，队列呢也是一个列表结构，继承关系上 LinkedList 实现了 Queue，所以对于 Queue 来说，添加是 offer(obj)，删除是 poll()，获取队头(不删除)是 peek() 。

public static void main(String[] args) {
    Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();

    queue.offer(1);
    queue.offer(2);
    queue.offer(3);

    System.out.println(queue.poll());
    System.out.println(queue.poll());
    System.out.println(queue.poll());
}
// 1, 2 , 3

PriorityQueue 维护了一个有序列表，插入或者移除对象会进行 Heapfy 操作，默认情况下可以称之为小顶堆。当然，我们也可以给它指定一个实现了 java.util.Comparator 接口的排序类来指定元素排列的顺序。PriorityQueue 是一个无界队列，当你设置初始化大小还是不设置都不影响他继续添加元素。

ConcurrentLinkedQueue 是基于链接节点的并且线程安全的队列。因为它在队列的尾部添加元素并从头部删除它们，所以只要不需要知道队列的大小 ConcurrentLinkedQueue 对公共集合的共享访问就可以工作得很好。收集关于队列大小的信息会很慢，需要遍历队列。

4. ArrayBlockingQueue与LinkedBlockingQueue的区别，哪个性能好呢？

ArrayBlockingQueue 是有界队列。LinkedBlockingQueue 看构造方法区分，默认构造方法最大值是 2^31-1。但是当 take 和 put 操作时，ArrayBlockingQueue 速度要快于 LinkedBlockingQueue。

ArrayBlockingQueue 中的锁是没有分离的，即生产和消费用的是同一个锁。LinkedBlockingQueue 中的锁是分离的，即生产用的是 putLock，消费是 takeLock；ArrayBlockingQueue 基于数组，在生产和消费的时候，是直接将枚举对象插入或移除的，不会产生或销毁任何额外的对象实例；LinkedBlockingQueue 基于链表，在生产和消费的时候，需要把枚举对象转换为 Node 进行插入或移除，会生成一个额外的 Node 对象，这在长时间内需要高效并发地处理大批量数据的系统中，其对于 GC 的影响还是存在一定的区别。

LinkedBlockingQueue 的消耗是 ArrayBlockingQueue 消耗的 10 倍左右，即 LinkedBlockingQueue 消耗在 1500 毫秒左右，而 ArrayBlockingQueue 只需 150 毫秒左右。

按照实现原理来分析，ArrayBlockingQueue 完全可以采用分离锁，从而实现生产者和消费者操作的完全并行运行。Doug Lea 之所以没这样去做，也许是因为 ArrayBlockingQueue 的数据写入和获取操作已经足够轻巧，以至于引入独立的锁机制，除了给代码带来额外的复杂性外，其在性能上完全占不到任何便宜。

在使用 LinkedBlockingQueue 时，若用默认大小且当生产速度大于消费速度时候，有可能会内存溢出。

在使用 ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue 分别对 1000000 个简单字符做入队操作时，我们测试的是 ArrayBlockingQueue 会比 LinkedBlockingQueue 性能好 , 好差不多 50% 起步。

5. BlockingQueue 的问题以及 ConcurrentLinkedQueue 的问题？

BlockingQueue 可以是限定容量的。

BlockingQueue 实现主要用于生产者-使用者队列，但它另外还支持 collection 接口。

BlockingQueue 实现是线程安全的。

BlockingQueue 是阻塞队列（看你使用的方法），ConcurrentLinkedQueue 是非阻塞队列。

LinkedBlockingQueue 是一个线程安全的阻塞队列，基于链表实现，一般用于生产者与消费者模型的开发中。采用锁机制来实现多线程同步，提供了一个构造方法用来指定队列的大小，如果不指定大小，队列采用默认大小（Integer.MAX_VALUE，即整型最大值）。

ConcurrentLinkedQueue 是一个线程安全的非阻塞队列，基于链表实现。java 并没有提供构造方法来指定队列的大小，因此它是无界的。为了提高并发量，它通过使用更细的锁机制，使得在多线程环境中只对部分数据进行锁定，从而提高运行效率。他并没有阻塞方法，take 和 put 方法，注意这一点。

6. 简要概述 BlockingQueue 常用的七个实现类？

ArrayBlockingQueue 构造函数必须传入指定大小，所以他是一个有界队列。

LinkedBlockingQueue 分为两种情况，第一种构造函数指定大小，他是一个有界队列，第二种情况不指定大小他可以称之为无界队列，队列最大值为 Integer.MAX_VALUE。

PriorityBlockingQueue（还有一个双向的 LinkedBlockingDeque）他是一个无界队列，不管你使用什么构造函数。一个内部由优先级堆支持的、基于时间的调度队列。队列中存放 Delayed 元素，只有在延迟期满后才能从队列中提取元素。当一个元素的 getDelay() 方法返回值小于等于 0 时才能从队列中 poll 中元素，否则 poll() 方法会返回 null。

SynchronousQueue 这个队列类似于 Golang的channel，也就是 chan，跟无缓冲区的 chan 很相似。比如 take 和 put 操作就跟 chan 一模一样。但是区别在于他的 poll 和 offer 操作可以设置等待时间。

DelayQueue 延迟队列提供了在指定时间才能获取队列元素的功能，队列头元素是最接近过期的元素。没有过期元素的话，使用 poll() 方法会返回 null 值，超时判定是通过 getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) 方法的返回值小于等于 0 来判断。延时队列不能存放空元素。

添加的元素必须实现 java.util.concurrent.Delayed 接口：

@Test
public void testLinkedList() throws InterruptedException {

    DelayQueue<Person> queue = new DelayQueue<>();

    queue.add(new Person());

    System.out.println("queue.poll() = " + queue.poll(200,TimeUnit.MILLISECONDS));
}


static class Person implements Delayed {

    @Override
    public long getDelay(TimeUnit unit) {
        // 这个对象的过期时间
       return 100L;
   }

    @Override
   public int compareTo(Delayed o) {
        //比较
        return o.hashCode() - this.hashCode();
    }
}

输出 :
queue.poll() = null

LinkedTransferQueue 是 JDK1.7 加入的无界队列，亮点就是无锁实现的，性能高。Doug Lea 说这个是最有用的 BlockingQueue 了，性能最好的一个。Doug Lea 说从功能角度来讲，LinkedTransferQueue 实际上是 ConcurrentLinkedQueue、SynchronousQueue（公平模式）和 LinkedBlockingQueue 的超集。

他的 transfer 方法表示生产必须等到消费者消费才会停止阻塞。生产者会一直阻塞直到所添加到队列的元素被某一个消费者所消费（不仅仅是添加到队列里就完事）。同时我们知道上面那些 BlockingQueue 使用了大量的 condition 和 lock，这样子效率很低，而 LinkedTransferQueue 则是无锁队列。他的核心方法其实就是 xfer() 方法，基本所有方法都是围绕着这个进行的，一般就是 SYNC、ASYNC、NOW 来区分状态量。像 put、offer、add 都是 ASYNC，所以不会阻塞。下面几个状态对应的变量。

private static final int NOW = 0; // for untimed poll, tryTransfer(不阻塞)
private static final int ASYNC = 1; // for offer, put, add(不阻塞)
private static final int SYNC = 2; // for transfer, take(阻塞)
private static final int TIMED = 3; // for timed poll, tryTransfer (waiting)

7. (小顶堆) 优先队列 PriorityQueue 的实现？

小顶堆是什么：任意一个非叶子节点的权值都不大于其左右子节点的权值。

在这里插入图片描述
PriorityQueue 是非线程安全的，PriorityBlockingQueue 是线程安全的。

两者都使用了堆，算法原理相同。

PriorityQueue 的逻辑结构是一棵完全二叉树，就是因为完全二叉树的特点，他实际存储确实可以为一个数组的，所以他的存储结构其实是一个数组。

首先 java 中的 PriorityQueue 是优先队列，使用的是小顶堆实现，因此结果不一定是完全升序。

8. 自己实现一个大顶堆？

/**
  * 构建一个 大顶堆
  *
 * @param tree
 * @param n
 */
static void build_heap(int[] tree, int n) {

    // 最后一个节点
    int last_node = n - 1;

    // 开始遍历的位置是 : 最后一个堆的堆顶 , (以最小堆为单位)
    int parent = (last_node - 1) / 2;
   // 递减向上遍历
    for (int i = parent; i >= 0; i--) {
       heapify(tree, n, i);
    }
}

/**
 * 递归操作
 * @param tree 代表一棵树
 * @param n 代表多少个节点
 * @param i 对哪个节点进行 heapify
 */
static void heapify(int[] tree, int n, int i) {

    // 如果当前值 大于 n 直接返回了 ,一般不会出现这种问题 .....
    if (i >= n) {
        return;
    }

    // 子节点
    int c1 = 2 * i + 1;
    int c2 = 2 * i + 2;

    // 假设最大的节点 为 i (父节点)
    int max = i;

    // 如果大于 赋值给 max
    if (c1 < n && tree[c1] > tree[max]) {
        max = c1;
    }

    // 如果大于 赋值给 max
    if (c2 < n && tree[c2] > tree[max]) {
       max = c2;
    }

   // 如果i所在的就是最大值我们没必要去做交换
   if (max != i) {

        // 交换最大值 和 父节点 的位置
        swap(tree, max, i);

        // 交换完以后 , 此时的max其实就是 i原来的数 ,就是最小的数字 ,所以需要递归遍历
        heapify(tree, n, max);
    }

}

// 交换操作
static void swap(int[] tree, int max, int i) {
    int temp = tree[max];
    tree[max] = tree[i];
    tree[i] = temp;
}

Stack

栈结构属于一种先进者后出，类似于一个瓶子，先进去的会压到栈低（push 操作），出去的时候只有一个出口就是栈顶，返回栈顶元素，这个操作称为 pop。

Stack 类继承自 Vector，所有方法都加入了 sync 修饰，使得效率很低，线程安全。

@Test
 public void testStack() {
 
     Stack<Integer> stack = new Stack<>();
 
     // push 添加
     stack.push(1);
 
     stack.push(2);

    // pop 返回栈顶元素 , 并移除
    System.out.println("stack.pop() = " + stack.pop());

    System.out.println("stack.pop() = " + stack.pop());

}

输出 :
2 , 1

参考资料 && 致谢

【1】Java集合超详解

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1. 为什么 arraylist 不安全？

2. CopyOnWriteArrayList 有什么特点？

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