什么是Java集合框架？

Java集合框架是Java编程语言中提供的一组接口、实现和算法，用于存储和操作数据集合。集合框架可以让程序员更加高效地组织和操作数据，而无需手动实现底层数据结构。

Java集合框架的优点是：

1. 提供了丰富、灵活的数据结构和算法，让程序员可以更加高效地完成各种数据操作；
2. 提供了一组统一的接口，让程序员可以随时替换底层数据结构，以达到更好的性能和效率；
3. 提供了线程安全的集合实现，可以在多线程环境下进行安全的数据操作。

综上所述，Java集合框架是Java编程语言中十分实用、基础而重要的工具，其灵活、高效和易用的特点使得它一直是Java程序员使用的必备工具之一。

Java集合框架的三大分类是什么

1. List（列表）：List集合存储有序的元素，允许元素重复。List集合提供了根据索引访问列表元素的能力，因此可以通过整数索引来随机存取列表中指定位置的元素。

2. Set（集合）：Set集合存储无序的元素，不允许元素重复。Set集合不提供访问元素的索引，因此只能通过迭代器来遍历Set集合中的元素。

3. Map（映射）：Map集合存储键值对，每个键映射到一个特定的值。Map集合中的键是唯一的，每个键对应一个特定的值。因此，可以通过键来访问相应的值，而不是通过位置或索引来访问。

什么是线程安全的集合？什么是非线程安全的集合？

线程安全的集合指多个线程同时操作该集合时，不会出现数据错乱、数据丢失、逻辑错误等问题。Java集合框架中已经提供了许多线程安全的集合，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList、ConcurrentSkipListSet等。

举例说明：

ConcurrentHashMap：可以在多线程环境下安全地进行读取和写入操作，内部采用分段锁机制来保证线程安全。例如，多个线程同时想向一个ConcurrentHashMap中添加元素：

ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
    executorService.execute(() -> {
        for (int j = 1; j <= 10000; j++) {
            map.put(Thread.currentThread().getName() + "_" + j, j);
        }
    });
}
executorService.shutdown();

CopyOnWriteArrayList：可以在多线程环境下安全地进行读取操作，写入操作则会进行复制操作来保证线程安全。例如，多个线程同时想向一个CopyOnWriteArrayList中添加元素：

List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
    executorService.execute(() -> {
        for (int j = 1; j <= 10000; j++) {
            list.add(Thread.currentThread().getName() + "_" + j);
        }
    });
}
executorService.shutdown();

非线程安全的集合指多个线程同时操作该集合时，会出现数据错乱、数据丢失、逻辑错误等问题。如ArrayList、HashSet等。如果多个线程同时向一个ArrayList中添加元素，就会出现数据错乱的问题，如：

List<String> list = new ArrayList<>();
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
    executorService.execute(() -> {
        for (int j = 1; j <= 10000; j++) {
            list.add(Thread.currentThread().getName() + "_" + j);
        }
    });
}
executorService.shutdown();

在多线程环境下，为了保证线程安全，应该使用线程安全的集合。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;

public class IteratorDemo {
    public static void main(String[] args) {

        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

        // 添加元素到列表
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        list.add(4);
        list.add(5);

        // 获取迭代器
        Iterator<Integer> it = list.iterator();

        // 遍历集合中的元素
        while (it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next());
        }
    }
}

什么是fail-fast迭代器和fail-safe迭代器？

Java集合框架中的迭代器是用来遍历集合中元素的工具。在遍历过程中，如果集合被修改，可能会导致迭代器的行为产生不可预测的结果。因此，在Java集合框架中，有两种迭代器类型：fail-fast迭代器和fail-safe迭代器。

fail-fast迭代器的行为是在遍历过程中发现集合被修改，立即抛出ConcurrentModificationException异常，停止遍历过程。fail-fast迭代器采用快速失败机制，可以保证多线程访问集合时的安全性。这种迭代器是默认的迭代器类型，在集合框架中，大多数集合实现类都是采用fail-fast迭代器。

fail-safe迭代器的行为是在遍历过程中发现集合被修改，不会抛出异常，而是创建一个集合的副本，遍历副本中的元素。因为遍历的是副本，即使原集合中的元素被修改，也不会对遍历过程造成影响。这种迭代器适合于在存在并发修改的情况下对集合进行遍历。fail-safe迭代器在Java集合框架中的实现较少，主要应用于Java5之前的Map接口中。

下面是fail-fast迭代器和fail-safe迭代器的使用案例：

1. fail-fast迭代器使用：

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("a", "b", "c"));
Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    String s = it.next();
    System.out.println(s);
    list.remove(s);
}

运行上述代码会抛出ConcurrentModificationException异常，因为在遍历列表过程中修改了列表。

2. fail-safe迭代器使用：

CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>(Arrays.asList("a", "b", "c"));
Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    String s = it.next();
    System.out.println(s);
    list.remove(s);
}

运行上述代码可以看到，程序正常执行完成。这是因为CopyOnWriteArrayList类使用的是fail-safe迭代器，在遍历过程中删除元素不会对遍历过程造成影响。

ArrayList与LinkedList的区别是什么？

ArrayList和LinkedList都是Java中的集合类，但它们的实现方式略有不同，具体区别如下：

1. 数据结构
   • ArrayList底层实现是一个可变大小的数组，当添加或删除元素时，需要对数组进行扩容或缩容，因此在频繁添加或删除元素的情况下，性能可能会较差。
   • LinkedList底层实现是一个双向链表，添加或删除元素时只需要改变前后节点的引用，性能较好。
2. 随机访问
   • 由于ArrayList底层是数组，因此可以通过索引随机访问元素，其时间复杂度为O(1)。
   • LinkedList需要从头节点或尾节点开始顺序遍历，查找某个元素时时间复杂度是O(n)。
3. 遍历操作
   • 由于ArrayList底层是数组，因此遍历元素时性能较好，时间复杂度为O(n)。
   • LinkedList遍历时需要每次遍历一个节点，时间复杂度也为O(n)，但是在插入或删除元素时由于只需要改变前后节点的引用，性能可能会比ArrayList略好一些。
4. 内存开销
   • ArrayList底层是一个数组，因此在使用时需要预先指定容量，且如果数组中有很多空元素时会浪费一定的内存空间。
   • LinkedList是一个链表，节点之间的关系是通过引用来维护的，内存空间利用率相对较高。
5. 同步
   • ArrayList没有实现同步机制，因此多线程操作时需要手动进行同步处理。
   • LinkedList实现了List接口的同步方法，可以在多线程环境下安全地使用。

综上所述

• ArrayList适用于读取多、插入、删除少的场景
• LinkedList适用于插入、删除多、读取少的场景。

因此，在使用时应根据具体的业务场景选择合适的列表实现。

下面是一个使用ArrayList和LinkedList存储一百万个整数，并计算它们的总和的例子。可以看到，ArrayList的操作速度较快，特别是在访问元素时，而LinkedList的操作速度相对较慢，特别是在插入和删除元素时。

import java.util.*;

public class ListExample {
    public static void main(String[] args) {
        long startTime;
        long endTime;

        // 使用ArrayList存储一百万个整数，并计算它们的总和
        List<Integer> arrayList = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            arrayList.add(i);
        }
        startTime = System.currentTimeMillis();
        long sum = 0;
        for (int i = 0; i < arrayList.size(); i++) {
            sum += arrayList.get(i);
        }
        endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("ArrayList: " + sum + ", time: " + (endTime - startTime) + "ms");

        // 使用LinkedList存储一百万个整数，并计算它们的总和
        List<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            linkedList.add(i);
        }
        startTime = System.currentTimeMillis();
        sum = 0;
        for (int i : linkedList) {
            sum += i;
        }
        endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("LinkedList: " + sum + ", time: " + (endTime - startTime) + "ms");
    }
}

List的isEmpty()和.size()方法的区别是什么？

在Java集合框架中，isEmpty()和size()方法用于判断集合是否为空和获取集合的大小。它们的区别如下：

1. isEmpty()方法

isEmpty()方法返回一个布尔值，用于判断当前集合是否为空。如果集合中没有任何元素，isEmpty()方法将返回true，否则将返回false。

示例代码：

List<String> list = new ArrayList<>();
System.out.println(list.isEmpty()); // true
list.add("Java");
System.out.println(list.isEmpty()); // false

2. size()方法

size()方法返回一个整数，表示当前集合中的元素数量。

示例代码：

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Java");
list.add("Python");
list.add("C++");
System.out.println(list.size()); // 3

因此，isEmpty()和size()方法的区别是：

- isEmpty()方法用于判断集合是否为空，返回一个布尔值；
- size()方法用于获取集合中元素的数量，返回一个整数。