Въпроси за интервю за Java Collections

Тази статия е част от поредица: • Въпроси за интервю за Java Collections (текуща статия) • Въпроси за интервю за системния тип Java

• Въпроси за интервю за съвпадение на Java (+ отговори)

• Структура на Java клас и въпроси за интервю за инициализация

• Въпроси за интервю за Java 8 (+ отговори)

• Управление на паметта в Java Интервю въпроси (+ отговори)

• Въпроси за интервю за Java Generics (+ отговори)

• Въпроси за интервю за Java Flow Control (+ отговори)

• Въпроси за интервю за Java Exceptions (+ отговори)

• Въпроси за интервю за Java Annotations (+ отговори)

• Топ пролетни въпроси за интервю

1. Въведение

Java Collections е тема, която често се повдига в технически интервюта за разработчици на Java. Тази статия разглежда някои важни въпроси, които се задават най-често и може да е трудно да се оправи.

2. Въпроси

Q1. Опишете йерархията на типа колекции. Какви са основните интерфейси и какви са разликите между тях?

Интерфейсът Iterable представлява всяка колекция, която може да бъде повторена с помощта на цикъла за всеки . Интерфейсът на Collection наследява от Iterable и добавя общи методи за проверка дали даден елемент е в колекция, добавяне и премахване на елементи от колекцията, определяне на неговия размер и др

Интерфейсите List , Set и Queue се наследяват от интерфейса на Collection .

Списъкът е подредена колекция и нейните елементи могат да бъдат достъпни чрез техния индекс в списъка.

Set е неподредена колекция с различни елементи, подобна на математическата представа за множество.

Опашката е колекция с допълнителни методи за добавяне, премахване и изследване на елементи, полезни за задържане на елементи преди обработка.

Интерфейсът на картата също е част от рамката за събиране, но не разширява Collection . Това е по дизайн, за да се подчертае разликата между колекциите и картографирането, които е трудно да се съберат под обща абстракция. Интерфейсът на картата представлява структура данни ключ-стойност с уникални ключове и не повече от една стойност за всеки ключ.

Q2. Опишете различни изпълнения на интерфейса на картата и разликите между тях.

Една от най-често използваните реализации на интерфейса Map е HashMap . Това е типична структура от данни на хеш карта, която позволява достъп до елементи за постоянно време или O (1), но не запазва реда и не е безопасна за нишки .

За да запазите реда на вмъкване на елементи, можете да използвате класа LinkedHashMap, който разширява HashMap и допълнително свързва елементите в свързан списък, с предвидими режийни разходи.

Класът TreeMap съхранява своите елементи в червено-черна дървесна структура, която позволява достъп до елементи в логаритмично време или O (log (n)). В повечето случаи е по-бавен от HashMap , но позволява поддържането на елементите в ред според някои сравнителни устройства .

В ConcurrentHashMap е нишка безопасно изпълнение на карта хашиш. Той осигурява пълна паралелност на извличанията (тъй като операцията get не включва заключване) и висока очаквана паралелност на актуализациите.

Класът Hashtable е в Java от версия 1.0. Той не е остарял, но най-вече се счита за остарял. Това е хешова карта, безопасна за нишки, но за разлика от ConcurrentHashMap , всички нейни методи са просто синхронизирани , което означава, че всички операции на тази карта блокират, дори извличане на независими стойности.

Q3. Обяснете разликата между Linkedlist и Arraylist.

ArrayList е изпълнение наинтерфейса List, който се основава на масив. ArrayList вътрешно обработва преоразмеряването на този масив, когато елементите се добавят или премахват. Можете да получите достъп до елементите му през постоянно време чрез техния индекс в масива. Вмъкването или премахването на елемент обаче предполага преместване на всички последващи елементи, което може да е бавно, ако масивът е огромен и вмъкнатият или премахнатият елемент е близо до началото на списъка.

LinkedList е двойно свързан списък: единични елементи се поставят вобектина Node, които имат препратки към предишен и следващ Node . Това изпълнение може да изглежда по-ефективно от ArrayList, ако имате много вмъквания или изтривания в различни части на списъка, особено ако списъкът е голям.

В повечето случаи обаче ArrayList превъзхожда LinkedList . Дори елементите, преместващи се в ArrayList , макар и да са операция O (n), се изпълняват като много бързо извикване System.arraycopy () . Може дори да изглежда по-бързо от вмъкването на O (1) на LinkedList, което изисква създаване на екземпляр на обект Node и актуализиране на множество препратки под капака. LinkedList също може да има големи разходи за памет поради създаването на множество малки обекти на Node .

Q4. Каква е разликата между Hashset и Treeset?

Както класовете HashSet, така и TreeSet изпълняват интерфейса Set и представляват набори от различни елементи. Освен това TreeSet реализира интерфейса NavigableSet . Този интерфейс дефинира методи, които се възползват от подреждането на елементи.

HashSet е вътрешно базиран на HashMap , а TreeSet е подкрепен от екземпляр TreeMap , който дефинира техните свойства: HashSet не съхранява елементи в определен ред. Итерацията върху елементите в HashSet ги произвежда в разбъркан ред. TreeSet , от друга страна, произвежда елементи в ред според някои предварително дефинирани компаратори .

Q5. Как се реализира Hashmap в Java? Как прилагането му използва Hashcode и Equals методи на обекти? Каква е сложността във времето за поставяне и получаване на елемент от такава структура?

Класът HashMap представлява типична структура от данни на хеш карта с определени избори за дизайн.

В HashMap е подкрепена от Промяна на размера масив, който е с размер на мощност на две. Когато елементът се добави към HashMap , първо се изчислява неговият hashCode ( стойност int ). Тогава определен брой по-ниски битове от тази стойност се използват като индекс на масив. Този индекс директно сочи към клетката на масива (наречена група), където тази двойка ключ-стойност трябва да бъде поставена. Достъпът до елемент чрез неговия индекс в масив е много бърза операция O (1), която е основната характеристика на структурата на хеш карта.

A hashCode is not unique, however, and even for different hashCodes, we may receive the same array position. This is called a collision. There is more than one way of resolving collisions in the hash map data structures. In Java's HashMap, each bucket actually refers not to a single object, but to a red-black tree of all objects that landed in this bucket (prior to Java 8, this was a linked list).

So when the HashMap has determined the bucket for a key, it has to traverse this tree to put the key-value pair in its place. If a pair with such key already exists in the bucket, it is replaced with a new one.

To retrieve the object by its key, the HashMap again has to calculate the hashCode for the key, find the corresponding bucket, traverse the tree, call equals on keys in the tree and find the matching one.

HashMap has O(1) complexity, or constant-time complexity, of putting and getting the elements. Of course, lots of collisions could degrade the performance to O(log(n)) time complexity in the worst case, when all elements land in a single bucket. This is usually solved by providing a good hash function with a uniform distribution.

When the HashMap internal array is filled (more on that in the next question), it is automatically resized to be twice as large. This operation infers rehashing (rebuilding of internal data structures), which is costly, so you should plan the size of your HashMap beforehand.

Q6. What Is the Purpose of the Initial Capacity and Load Factor Parameters of a Hashmap? What Are Their Default Values?

The initialCapacity argument of the HashMap constructor affects the size of the internal data structure of the HashMap, but reasoning about the actual size of a map is a bit tricky. The HashMap‘s internal data structure is an array with the power-of-two size. So the initialCapacity argument value is increased to the next power-of-two (for instance, if you set it to 10, the actual size of the internal array will be 16).

The load factor of a HashMap is the ratio of the element count divided by the bucket count (i.e. internal array size). For instance, if a 16-bucket HashMap contains 12 elements, its load factor is 12/16 = 0.75. A high load factor means a lot of collisions, which in turn means that the map should be resized to the next power of two. So the loadFactor argument is a maximum value of the load factor of a map. When the map achieves this load factor, it resizes its internal array to the next power-of-two value.

The initialCapacity is 16 by default, and the loadFactor is 0.75 by default, so you could put 12 elements in a HashMap that was instantiated with the default constructor, and it would not resize. The same goes for the HashSet, which is backed by a HashMap instance internally.

Consequently, it is not trivial to come up with initialCapacity that satisfies your needs. This is why the Guava library has Maps.newHashMapWithExpectedSize() and Sets.newHashSetWithExpectedSize() methods that allow you to build a HashMap or a HashSet that can hold the expected number of elements without resizing.

Q7. Describe Special Collections for Enums. What Are the Benefits of Their Implementation Compared to Regular Collections?

EnumSet and EnumMap are special implementations of Set and Map interfaces correspondingly. You should always use these implementations when you're dealing with enums because they are very efficient.

An EnumSet is just a bit vector with “ones” in the positions corresponding to ordinal values of enums present in the set. To check if an enum value is in the set, the implementation simply has to check if the corresponding bit in the vector is a “one”, which is a very easy operation. Similarly, an EnumMap is an array accessed with enum's ordinal value as an index. In the case of EnumMap, there is no need to calculate hash codes or resolve collisions.

Q8. What Is the Difference Between Fail-Fast and Fail-Safe Iterators?

Iterators for different collections are either fail-fast or fail-safe, depending on how they react to concurrent modifications. The concurrent modification is not only a modification of collection from another thread but also modification from the same thread but using another iterator or modifying the collection directly.

Fail-fast iterators (those returned by HashMap, ArrayList, and other non-thread-safe collections) iterate over the collection's internal data structure, and they throw ConcurrentModificationException as soon as they detect a concurrent modification.

Fail-safe iterators (returned by thread-safe collections such as ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList) create a copy of the structure they iterate upon. They guarantee safety from concurrent modifications. Their drawbacks include excessive memory consumption and iteration over possibly out-of-date data in case the collection was modified.

Q9. How Can You Use Comparable and Comparator Interfaces to Sort Collections?

The Comparable interface is an interface for objects that can be compared according to some order. Its single method is compareTo, which operates on two values: the object itself and the argument object of the same type. For instance, Integer, Long, and other numeric types implement this interface. String also implements this interface, and its compareTo method compares strings in lexicographical order.

The Comparable interface allows to sort lists of corresponding objects with the Collections.sort() method and uphold the iteration order in collections that implement SortedSet and SortedMap. If your objects can be sorted using some logic, they should implement the Comparable interface.

The Comparable interface usually is implemented using natural ordering of the elements. For instance, all Integer numbers are ordered from lesser to greater values. But sometimes you may want to implement another kind of ordering, for instance, to sort the numbers in descending order. The Comparator interface can help here.

The class of the objects you want to sort does not need to implement this interface. You simply create an implementing class and define the compare method which receives two objects and decides how to order them. You may then use the instance of this class to override the natural ordering of the Collections.sort() method or SortedSet and SortedMap instances.

As the Comparator interface is a functional interface, you may replace it with a lambda expression, as in the following example. It shows ordering a list using a natural ordering (Integer‘s Comparable interface) and using a custom iterator (Comparator interface).

List list1 = Arrays.asList(5, 2, 3, 4, 1); Collections.sort(list1); assertEquals(new Integer(1), list1.get(0)); List list1 = Arrays.asList(5, 2, 3, 4, 1); Collections.sort(list1, (a, b) -> b - a); assertEquals(new Integer(5), list1.get(0));
Напред » Въпроси за интервю за система тип Java