2025年Java集合框架實(shí)戰(zhàn)能力測(cè)試考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述Java集合框架的主要優(yōu)勢(shì)是什么？請(qǐng)至少列舉三點(diǎn)。二、比較ArrayList和LinkedList在結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)（增刪查改）和典型使用場(chǎng)景上的主要區(qū)別。三、HashSet是如何實(shí)現(xiàn)元素去重的？如果兩個(gè)不同的對(duì)象`o1`和`o2`，`o1.equals(o2)`返回`true`，那么它們放入HashSet中會(huì)發(fā)生什么？四、TreeMap和HashMap在實(shí)現(xiàn)排序功能方面有何根本不同？各自適用于哪些需要有序存儲(chǔ)鍵值對(duì)的場(chǎng)景？五、簡(jiǎn)述ConcurrentHashMap為了實(shí)現(xiàn)高并發(fā)性能采用了哪些關(guān)鍵機(jī)制？（至少列舉兩種）六、`Collections.synchronizedList(newArrayList<>())`和`newArrayList<>()`的`set`,`add`,`remove`等方法都加上了`synchronized`關(guān)鍵字，這兩種方式在實(shí)現(xiàn)線程安全方面有何不同和優(yōu)劣？七、請(qǐng)解釋Lambda表達(dá)式在JavaStreamAPI中的作用和意義。八、編寫Java代碼，使用StreamAPI對(duì)一個(gè)包含多個(gè)字符串（String）的`List<String>`進(jìn)行操作，要求：1.移除所有長(zhǎng)度小于3的字符串。2.將剩余字符串轉(zhuǎn)換為大寫。3.按字符串長(zhǎng)度降序排序。4.打印最終結(jié)果。九、在哪些場(chǎng)景下，使用`CopyOnWriteArrayList`會(huì)比`Vector`或`Collections.synchronizedList(ArrayList)`更合適？請(qǐng)說明理由。十、假設(shè)你需要設(shè)計(jì)一個(gè)緩存系統(tǒng)，要求：1.緩存容量有限，最多存儲(chǔ)100個(gè)鍵值對(duì)。2.當(dāng)嘗試添加新元素且緩存已滿時(shí)，需要自動(dòng)移除最久未使用的元素（LRU邏輯）。3.操作需要是線程安全的。請(qǐng)說明你會(huì)考慮使用哪些Java集合類或結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)這個(gè)需求，并簡(jiǎn)述你的理由。試卷答案一、Java集合框架的主要優(yōu)勢(shì)包括：1.API統(tǒng)一性：提供了一套統(tǒng)一的接口（如Collection,Map），簡(jiǎn)化了集合的操作。2.代碼復(fù)用性：提供了大量常用的集合實(shí)現(xiàn)類，開發(fā)者可以直接使用，減少了重復(fù)造輪子的工作量。3.性能優(yōu)化：核心集合類經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，提供了高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，能滿足不同的性能需求。4.靈活性：支持多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（列表、集合、映射等），可以靈活地表示和操作數(shù)據(jù)。5.擴(kuò)展性：基于接口的設(shè)計(jì)易于擴(kuò)展，可以方便地引入新的集合實(shí)現(xiàn)。二、ArrayList和LinkedList的主要區(qū)別：1.結(jié)構(gòu)：ArrayList基于動(dòng)態(tài)數(shù)組實(shí)現(xiàn)；LinkedList基于雙向鏈表實(shí)現(xiàn)。2.隨機(jī)訪問性能：ArrayList支持高效的隨機(jī)訪問（`get(index)`操作時(shí)間復(fù)雜度為O(1)）；LinkedList的隨機(jī)訪問性能較差（時(shí)間復(fù)雜度為O(n)）。3.插入/刪除性能：在列表中間插入或刪除元素時(shí)，LinkedList通常比ArrayList性能好（時(shí)間復(fù)雜度為O(1)，只需調(diào)整指針），因?yàn)锳rrayList需要移動(dòng)大量元素；但在列表開頭或末尾進(jìn)行插入/刪除時(shí)，兩者性能相近或ArrayList稍快（ArrayList是O(1)，LinkedList是O(1)或O(n)取決于是否移動(dòng)頭指針）。4.內(nèi)存占用：ArrayList每個(gè)元素只存儲(chǔ)數(shù)據(jù)本身；LinkedList每個(gè)元素除了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還需要存儲(chǔ)指向前一個(gè)和后一個(gè)元素的指針，因此內(nèi)存開銷更大。5.典型使用場(chǎng)景：*ArrayList：適用于需要頻繁隨機(jī)訪問元素、元素?cái)?shù)量相對(duì)穩(wěn)定或變化不大、插入刪除操作主要在列表末尾進(jìn)行的場(chǎng)景。*LinkedList：適用于元素插入刪除操作頻繁發(fā)生，特別是列表頭部的操作，或者不確定元素?cái)?shù)量的場(chǎng)景。三、HashSet實(shí)現(xiàn)去重主要依賴于其內(nèi)部使用的`HashMap`。HashSet的`add`方法會(huì)調(diào)用`HashMap`的`put`方法。在將元素添加到HashSet時(shí)，HashSet會(huì)調(diào)用該元素的`hashCode()`方法計(jì)算哈希值，然后計(jì)算在HashMap中的存儲(chǔ)位置。如果在該位置沒有其他鍵（即`HashMap`返回`null`），則直接將該鍵值對(duì)（鍵就是集合元素，值通常用`PRESENT`常量表示）放入`HashMap`中，實(shí)現(xiàn)添加成功，即去重通過。如果該位置已有其他鍵，則會(huì)比較新元素與已存儲(chǔ)元素的`equals()`方法。如果`equals()`返回`true`，則認(rèn)為元素重復(fù)，`put`方法不會(huì)替換已有值，添加操作失敗，元素不會(huì)被加入HashSet。四、TreeMap和HashMap在實(shí)現(xiàn)排序功能方面的根本不同在于內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：1.實(shí)現(xiàn)原理：HashMap基于哈希表，不保證元素的順序。TreeMap基于紅黑樹（一種自平衡二叉搜索樹），其元素會(huì)根據(jù)鍵的自然順序或指定的Comparator進(jìn)行排序。2.排序方式：TreeMap在插入元素時(shí)，會(huì)根據(jù)鍵的比較結(jié)果將其放置在樹中的正確位置，并維持紅黑樹的性質(zhì)。查詢?cè)貢r(shí)，也可以利用樹的結(jié)構(gòu)進(jìn)行高效查找。HashMap則通過哈希函數(shù)將元素分散存儲(chǔ)，不涉及排序邏輯。3.適用場(chǎng)景：*TreeMap：適用于需要按照鍵的自然順序或自定義順序遍歷鍵值對(duì)的場(chǎng)景，如實(shí)現(xiàn)排序字典、需要有序存儲(chǔ)的場(chǎng)景。*HashMap：適用于需要快速查找、插入、刪除元素，而不關(guān)心元素順序的場(chǎng)景。五、ConcurrentHashMap為了實(shí)現(xiàn)高并發(fā)性能采用了以下關(guān)鍵機(jī)制：1.分段鎖（SegmentLocking,早期版本）：將內(nèi)部共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如哈希表）劃分為多個(gè)獨(dú)立的段（Segment），每個(gè)段有自己的鎖。不同線程只要操作的是不同段的元素，就可以并發(fā)進(jìn)行，從而提高了并發(fā)能力。2.CAS+volatile（JDK8及以后版本）：底層實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了重大優(yōu)化，放棄了分段鎖，改為使用細(xì)粒度的鎖（如使用`ReentrantLock`）或完全基于CAS（Compare-And-Swap）和`volatile`關(guān)鍵字來保證線程安全。CAS操作用于在無(wú)鎖環(huán)境下進(jìn)行安全的更新，`volatile`關(guān)鍵字用于保證內(nèi)存可見性。這種方式可以減少鎖的競(jìng)爭(zhēng)，提高并發(fā)吞吐量。3.非阻塞算法：大量使用非阻塞算法來處理并發(fā)更新，減少線程阻塞等待時(shí)間。六、`Collections.synchronizedList(newArrayList<>())`和`newArrayList<>()`的`set`,`add`,`remove`等方法都加上了`synchronized`關(guān)鍵字的方式實(shí)現(xiàn)的線程安全，存在不同和優(yōu)劣：1.實(shí)現(xiàn)方式：*`Collections.synchronizedList`:返回的是一個(gè)包裝器（Wrapper），其內(nèi)部持有對(duì)原始`ArrayList`的引用。該包裝器會(huì)將所有對(duì)原始`ArrayList`的公共方法調(diào)用（`add`,`set`,`remove`等）都包裹在一對(duì)`synchronized`代碼塊中，即每次調(diào)用這些方法都需要獲取原始`ArrayList`實(shí)例的鎖。*`newArrayList<>()`:創(chuàng)建的`ArrayList`實(shí)例本身提供線程安全的方法，如`add`,`set`,`remove`等。這些方法內(nèi)部已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了同步，通常是通過在方法內(nèi)部獲取`this`（即`ArrayList`實(shí)例自身）的鎖來實(shí)現(xiàn)的。2.鎖的粒度：*`Collections.synchronizedList`:對(duì)整個(gè)`ArrayList`實(shí)例使用同一個(gè)鎖進(jìn)行同步。這意味著所有操作（增、刪、改、查）都爭(zhēng)搶同一個(gè)鎖，在高并發(fā)下可能導(dǎo)致嚴(yán)重的鎖競(jìng)爭(zhēng)。*`newArrayList<>()`:其`add`,`set`,`remove`等方法通常只在自己的方法體內(nèi)持有自身實(shí)例的鎖。查詢操作（如`get`）通常是線程安全的，但可能不使用鎖或使用不同的鎖策略。這減少了鎖競(jìng)爭(zhēng)。3.優(yōu)劣：*`Collections.synchronizedList`：*優(yōu)點(diǎn)：使用簡(jiǎn)單，直接利用了`ArrayList`的實(shí)例鎖。*缺點(diǎn)：鎖的粒度粗，所有操作共享同一把鎖，并發(fā)性能較差。*`newArrayList<>()`（自身線程安全實(shí)現(xiàn)）：*優(yōu)點(diǎn)：鎖的粒度通常更細(xì)（方法內(nèi)鎖），查詢操作可能更高效，并發(fā)性能相對(duì)較好。*缺點(diǎn)：開發(fā)者需要明確知道哪些方法是線程安全的，不能保證所有第三方庫(kù)都遵循這種模式。七、Lambda表達(dá)式在JavaStreamAPI中的作用和意義在于：1.作為函數(shù)式接口的實(shí)例：Lambda表達(dá)式提供了一種簡(jiǎn)潔的方式來表示匿名方法，可以作為函數(shù)式接口（只有一個(gè)抽象方法的接口）的實(shí)例傳遞給需要函數(shù)接口參數(shù)的方法，如StreamAPI的各種中間操作（`map`,`filter`,`sorted`等）和終端操作（`forEach`,`collect`等）。2.實(shí)現(xiàn)代碼簡(jiǎn)潔性：使用Lambda表達(dá)式可以避免編寫冗長(zhǎng)的匿名內(nèi)部類，使代碼更加簡(jiǎn)潔、易讀。3.支持函數(shù)式編程風(fēng)格：Lambda表達(dá)式是Java函數(shù)式編程特性的核心組成部分，使得可以使用聲明式編程風(fēng)格處理集合數(shù)據(jù)，而不是使用命令式、冗長(zhǎng)的循環(huán)和條件語(yǔ)句。4.提高代碼復(fù)用性和靈活性：可以將常用的操作邏輯封裝在Lambda表達(dá)式中，方便在不同的Stream操作中復(fù)用。八、```javaimportjava.util.Arrays;importjava.util.List;importjava.util.stream.Collectors;List<String>inputList=Arrays.asList("apple","banana","pear","kiwi","cherry","fig");List<String>resultList=inputList.stream()//創(chuàng)建流.filter(s->s.length()>=3)//過濾：保留長(zhǎng)度>=3的字符串.map(String::toUpperCase)//轉(zhuǎn)換：將字符串轉(zhuǎn)為大寫.sorted((s1,s2)->s2.length()-s1.length())//排序：按長(zhǎng)度降序排序.collect(Collectors.toList());//收集：將結(jié)果收集為L(zhǎng)ist//打印結(jié)果resultList.forEach(System.out::println);```九、使用`CopyOnWriteArrayList`會(huì)比`Vector`或`Collections.synchronizedList(ArrayList)`更合適的場(chǎng)景通常是：1.讀多寫少：當(dāng)集合的主要操作是讀取，而插入、刪除操作相對(duì)較少時(shí)。`CopyOnWriteArrayList`在每次修改（添加、刪除）時(shí)都會(huì)創(chuàng)建并重新發(fā)布一個(gè)新的底層數(shù)組副本，對(duì)于讀操作，它只需要遍歷一次當(dāng)前數(shù)組即可，讀取效率非常高。而`Vector`和`Collections.synchronizedList`每次訪問都需要加鎖，即使只是讀取。2.并發(fā)迭代：當(dāng)多個(gè)線程需要并發(fā)迭代同一個(gè)集合，并且迭代操作不會(huì)修改集合時(shí)。由于`CopyOnWriteArrayList`在寫入時(shí)復(fù)制數(shù)組，保證了迭代時(shí)看到的數(shù)組狀態(tài)是一致的，因此迭代器是fail-fast的，但不會(huì)導(dǎo)致ConcurrentModificationException（只要迭代器創(chuàng)建時(shí)集合未被修改）。`Vector`和`synchronizedList`的迭代器也是fail-fast的，但迭代過程需要持有鎖，效率較低。3.對(duì)迭代器快速失敗有容忍度：雖然`CopyOnWriteArrayList`的迭代器也是fail-fast的，但其實(shí)現(xiàn)方式是當(dāng)檢測(cè)到數(shù)組被修改時(shí)拋出`ConcurrentModificationException`。如果應(yīng)用邏輯能夠容忍在迭代過程中偶爾因?yàn)榧媳恍薷亩匦聞?chuàng)建迭代器，那么`CopyOnWriteArrayList`可以提供極高的迭代性能。十、我會(huì)考慮使用`LinkedHashMap`結(jié)合`ConcurrentHashMap`來實(shí)現(xiàn)這個(gè)需求。實(shí)現(xiàn)思路：1.使用`LinkedHashMap`：`LinkedHashMap`繼承自`HashMap`，并且底層維護(hù)了一個(gè)雙向鏈表來記錄插入順序或訪問順序。通過設(shè)置`accessOrder`為`true`，可以使`LinkedHashMap`按照訪問順序（最近最少使用LRU）來迭代鍵值對(duì)。這樣，在遍歷時(shí)，最久未使用的元素會(huì)排在鏈表的末尾。2.限制大小并自動(dòng)驅(qū)逐：`LinkedHashMap`本身沒有內(nèi)置的固定大小限制。為了實(shí)現(xiàn)固定容量，可以繼承`LinkedHashMap`并重寫`removeEldestEntry`方法。在這個(gè)方法中，判斷當(dāng)前大小是否