1. 集合概述
集合： 用于存储数量不确定以及具有映射关系数据的容器。
集合和数组区别：
- 数组的长度是固定的，集合的长度是可变的
- 数组可以存储基本数据类型和引用类型，集合只能存储引用类型
- 数组存储的元素必须是同一个数据类型，集合存储的对象可以是不同数据类型
2. 集合框架体系
Map接口和Collection接口是所有集合框架的父接口，其中Collection的子接口包含List接口和Set接口。List接口的实现类有ArrayList、LinkedList、Vector等，Set接口的实现类有HashSet、TreeSet、LinkedHashSet等，Map接口的实现类有HashMap、TreeMap、HashTable、CounrrentHashMap以及Properties等。
- List：一个有序（元素存入集合的顺序和取出的顺序一致）容器，元素可以重复，可以插入多个null元素，元素都有索引。常用的实现类有ArrayList、LinkedList和Vector。
- Set：一个无序（存入和取出顺序有可能不一致）容器，不可以存储重复元素， 只允许存入一个 null元素，必须保证元素唯一性。Set 接口常用实现类有HashSet、 LinkedHashSet以及TreeSet等。
- Map：一个键值对集合，存储键、值和之间的映射。 Key无序，唯一；value 不要求有序，允许重复。 Map没有继承于Collection接口，从Map集合中检索元素时，只要给出键对象，就会返回对应的值对象。常用实现类有HashMap、TreeMap、HashTable、LinkedHashMap、CurrentHashMap等。
3. 常用集合类
3.1 ArrayLsit和Vector区别
- ArrayList是List的主要实现类，底层使用Object数组存储，实现了RandomAcces接口，支持随机访问，适用于频繁的查找工作。由于线程不安全，在性能方面比Vector高。
- Vector是List的古老实现类，底层同样使用Object数组存储，由于Vector类的操作方法使用了synchronized实现线程同步，因此线程是安全的。
3.2 ArrayList和LinkedList区别
- 是否保证线程安全：两者都不保证线程安全。
- 底层数据结构：ArrayList底层使用Object数组，LinkedList底层使用双向链表（jdk1.6之前为循环双向链表，jdk1.7取消了循环）。
- 插入和删除效率：在非首尾位置进行插入和删除操作，LinkedLsit由于链表结构要比ArrayList效率高，ArrayList插入和删除操作需要影响数组内其他数据的下标。
- 内存空间占用：由于LInkedList需要维护前驱和后继引用比ArrayList更占内存。
- 随机访问效率：LinkedList不支持随机访问，ArrayLsit支持随机访问，可以根据元素的序号快速获取元素对象。
3.3 ArrayList和Vector扩容机制
（1）当创建ArrayList对象时，如果使用的是无参构造器，则初始数组容量为0，第一次添加，则扩容数组容量为10，如需再次扩容，则扩容为数组容量的1.5倍；如果使用的是有参构造器（指定大小），则数组初始容量为指定大小，如需扩容，则直接扩容为数组容量的1.5倍。 （2）当创建Vector对象时，如果使用的是无参构造器，默认初始数组容量为10，当数组容量满后，则扩容为数组容量的2倍；如果使用的是有参构造器（指定大小），每次直接扩容数组容量2倍。
3.4 HashSet
HashSet是基于HashMap实现的，HashSet的值存放在HashMap的key上，HashMap的value统一为常量PRESENT。HashSet的实现很简单，相关操作基本都是直接调用底层HashMap完成的，线程不安全。
3.5 HashSet、LinkedHashSet和TreeSet三者区别
- HashSet底层HashMap，线程不安全。
- LinkedHashSet是HashSet子类，底层是一个LinkedHashMap，能够按照添加的顺序遍历。
- TreeSet底层使用红黑树，能够按照添加的顺序进行遍历，排序有自然排序和定制排序，相关操作调用TreeMap完成。
3.6 HashMap的底层实现
| JDK7 | JDK8 | |
|---|---|---|
| 存储结构 | 数组+链表 | 数组+链表+红黑树 |
| hash计算方式 | 扰动处理=9次扰动=4次位运算+5次异或运算 | 扰动处理=2次扰动=1次位运算+1次异或运算 |
| 存放数据规则 | 无hash冲突时，存放数组。hash冲突时，存放链表 | 无hahs冲突时，存放数组。hash冲突且链表长度<=8，存放单链表。hash冲突且链表长度>8但数组长度<64，则数组扩容，若数组长度大于64，转化为红黑树。 |
3.7 HashMap中String、Integer为什么适合做key
String、Integer等包装类特性能够保证Hash值得不可更改性和计算准确性，能够有效减少hash冲突几率，原因如下。
- 都是final类，保证key的不可更改性，不会存在获取hash值不同的情况；
- 内部重写了equals、hashcode方法，遵守HashMap内部规范，不容易出现hash值计算错误的情况。
3.8 HashMap为什么不直接使用hashcode方法处理后的哈希值直接作为数组table的下标
hashcode方法返回的是int整数类型，其范围为-(2^31)~(2^31-1)，约有40亿个映射空间，然而HashMap容量范围是16~(2^30)，HashMap通常情况下取不到最大值，从而导致通过hashcode方法计算出的hash值可能不在数组大小范围内，进而无法匹配存储位置。通过如下方法解决：
- hashmap自己实现了自己的hash方法，通过两次扰动使得自己的哈希值高低位自行进行异或运算，降低哈希碰撞概率使得数据分布均匀；
- 在保证数组长度为2的幂次方时，使用hash&(length-1)来获取数组下标的方式进行存储，一是该操作比取余操作更加有效率（位运算比取余运算效率高），二是因为只有数组长度为2的幂次方时，hash&(length-1)等价于hash%length，三是解决了hash值与数组大小范围不匹配的问题。
两次扰动可以达到让高位低位同时参与运算，加大hash低位值得随机性，分布更均匀，减少hash冲突的概率。
3.9 HashMap扩容机制
HashMap底层维护了Node类型的数组table，默认为null，当创建对象时，将加载因子（loadfactor）初始化为0.75，当添加key、value时，通过key的哈希值得到table的索引，然后判断该索引处是否有元素，如果没有直接添加，如果有，继续判断该索引处key的值和准备加入的key是否相等，如果相等，则直接替换value，如果不相等需要判断是树结构还是链表结构，如果添加发现容量不够，则需要扩容。第一次添加，扩容table容量为16，临界值为12（16*0.75），以后再扩容，则需要扩容table容量为原来2倍（32），临界值为24，以此类推，在JDK8中，如果一条链表元素个数超过8且table数组长度>=64，会进行转化为红黑树，否则table数组扩容。
3.10 ConcurrentHashMap和Hashtable区别
两者均可保证线程安全，只是实现线程安全的方式不同，JDK7中ConcurrentHashMap底层数据结构采用分段的数组+链表实现，JDK8中底层数据结构使用数组+链表/红黑树实现，Hashtable底层数据结构采用数组+链表实现。JDK7中ConcurrentHashMap采用分段锁对整个桶数组进行分割分段（segment），每一把锁只锁容器中的一部分数据，多线程访问容器中的不同数据段的数据，不会存在锁竞争，提高并发访问效率（默认分配16个segment），在JDK8中摒弃了segment的概念，采用Node数组+链表+红黑树的数据结构直接实现，并发控制使用synchronized和CAS操作。然而HashTable使用synchronized实现独占锁保证线程安全，效率非常低下，当一个线程访问同步方法时，其他线程也访问同步方法，可能会进入阻塞或轮询状态。三者区别如下图：
