- Что такое «коллекция»?
- Назовите основные интерфейсы JCF и их реализации.
- Расположите в виде иерархии следующие интерфейсы:
List
,Set
,Map
,SortedSet
,SortedMap
,Collection
,Iterable
,Iterator
,NavigableSet
,NavigableMap
. - Почему
Map
— это неCollection
, в то время какList
иSet
являютсяCollection
? - В чем разница между классами
java.util.Collection
иjava.util.Collections
? - Что такое «fail-fast поведение»?
- Какая разница между fail-fast и fail-safe?
- Приведите примеры итераторов, реализующих поведение fail-safe
- Чем различаются
Enumeration
иIterator
. - Как между собой связаны
Iterable
иIterator
? - Как между собой связаны
Iterable
,Iterator
и «for-each»? - Сравните
Iterator
иListIterator
. - Что произойдет при вызове
Iterator.next()
без предварительного вызоваIterator.hasNext()
? - Сколько элементов будет пропущено, если
Iterator.next()
будет вызван после 10-ти вызововIterator.hasNext()
? - Как поведёт себя коллекция, если вызвать
iterator.remove()
? - Как поведёт себя уже инстанциированный итератор для
collection
, если вызватьcollection.remove()
? - Как избежать
ConcurrentModificationException
во время перебора коллекции? - Какая коллекция реализует дисциплину обслуживания FIFO?
- Какая коллекция реализует дисциплину обслуживания FILO?
- Чем отличается
ArrayList
отVector
? - Зачем добавили
ArrayList
, если уже былVector
? - Чем отличается
ArrayList
отLinkedList
? В каких случаях лучше использовать первый, а в каких второй? - Что работает быстрее
ArrayList
илиLinkedList
? - Какое худшее время работы метода
contains()
для элемента, который есть вLinkedList
? - Какое худшее время работы метода
contains()
для элемента, который есть вArrayList
? - Какое худшее время работы метода
add()
дляLinkedList
? - Какое худшее время работы метода
add()
дляArrayList
? - Необходимо добавить 1 млн. элементов, какую структуру вы используете?
- Как происходит удаление элементов из
ArrayList
? Как меняется в этом случае размерArrayList
? - Предложите эффективный алгоритм удаления нескольких рядом стоящих элементов из середины списка, реализуемого
ArrayList
. - Сколько необходимо дополнительной памяти при вызове
ArrayList.add()
? - Сколько выделяется дополнительно памяти при вызове
LinkedList.add()
? - Оцените количество памяти на хранение одного примитива типа
byte
вLinkedList
? - Оцените количество памяти на хранение одного примитива типа
byte
вArrayList
? - Для
ArrayList
или дляLinkedList
операция добавления элемента в середину (list.add(list.size()/2, newElement)
) медленнее? - В реализации класса
ArrayList
есть следующие поля:Object[] elementData
,int size
. Объясните, зачем хранить отдельноsize
, если всегда можно взятьelementData.length
? - Сравните интерфейсы
Queue
иDeque
. - Кто кого расширяет:
Queue
расширяетDeque
, илиDeque
расширяетQueue
? - Почему
LinkedList
реализует иList
, иDeque
? LinkedList
— это односвязный, двусвязный или четырехсвязный список?- Как перебрать элементы
LinkedList
в обратном порядке, не используя медленныйget(index)
? - Что позволяет сделать
PriorityQueue
? Stack
считается «устаревшим». Чем его рекомендуют заменять? Почему?- Зачем нужен
HashMap
, если естьHashtable
? - В чем разница между
HashMap
иIdentityHashMap
? Для чего нужнаIdentityHashMap
? - В чем разница между
HashMap
иWeakHashMap
? Для чего используетсяWeakHashMap
? - В
WeakHashMap
используются WeakReferences. А почему бы не создатьSoftHashMap
на SoftReferences? - В
WeakHashMap
используются WeakReferences. А почему бы не создатьPhantomHashMap
на PhantomReferences? LinkedHashMap
- что в нем отLinkedList
, а что отHashMap
?- В чем проявляется «сортированность»
SortedMap
, кроме того, чтоtoString()
выводит все элементы по порядку? - Как устроен
HashMap
? - Согласно Кнуту и Кормену существует две основных реализации хэш-таблицы: на основе открытой адресации и на основе метода цепочек. Как реализована
HashMap
? Почему, по вашему мнению, была выбрана именно эта реализация? В чем плюсы и минусы каждого подхода? - Как работает
HashMap
при попытке сохранить в него два элемента по ключам с одинаковымhashCode()
, но для которыхequals() == false
? - Какое начальное количество корзин в
HashMap
? - Какова оценка временной сложности операций над элементами из
HashMap
? Гарантирует лиHashMap
указанную сложность выборки элемента? - Возможна ли ситуация, когда
HashMap
выродится в список даже с ключами имеющими разныеhashCode()
? - В каком случае может быть потерян элемент в
HashMap
? - Почему нельзя использовать
byte[]
в качестве ключа вHashMap
? - Какова роль
equals()
иhashCode()
вHashMap
? - Каково максимальное число значений
hashCode()
? - Какое худшее время работы метода get(key) для ключа, которого нет в
HashMap
? - Какое худшее время работы метода get(key) для ключа, который есть в
HashMap
? - Сколько переходов происходит в момент вызова
HashMap.get(key)
по ключу, который есть в таблице? - Сколько создается новых объектов, когда вы добавляете новый элемент в
HashMap
? - Как и когда происходит увеличение количества корзин в
HashMap
? - Объясните смысл параметров в конструкторе
HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)
. - Будет ли работать
HashMap
, если все добавляемые ключи будут иметь одинаковыйhashCode()
? - Как перебрать все ключи
Map
? - Как перебрать все значения
Map
? - Как перебрать все пары «ключ-значение» в
Map
? - В чем отличия
TreeSet
иHashSet
? - Что будет, если добавлять элементы в
TreeSet
по возрастанию? - Чем
LinkedHashSet
отличается отHashSet
? - Для
Enum
есть специальный классjava.util.EnumSet
. Зачем? Чем авторов не устраивалHashSet
илиTreeSet
? - Какие существуют способы перебирать элементы списка?
- Каким образом можно получить синхронизированные объекты стандартных коллекций?
- Как получить коллекцию только для чтения?
- Напишите однопоточную программу, которая заставляет коллекцию выбросить
ConcurrentModificationException
. - Приведите пример, когда какая-либо коллекция выбрасывает
UnsupportedOperationException
. - Реализуйте симметрическую разность двух коллекций используя методы
Collection
(addAll(...)
,removeAll(...)
,retainAll(...)
). - Как, используя LinkedHashMap, сделать кэш c «invalidation policy»?
- Как одной строчкой скопировать элементы любой
collection
в массив? - Как одним вызовом из
List
получитьList
со всеми элементами, кроме первых и последних 3-х? - Как одной строчкой преобразовать
HashSet
вArrayList
? - Как одной строчкой преобразовать
ArrayList
вHashSet
? - Сделайте
HashSet
из ключейHashMap
. - Сделайте
HashMap
изHashSet<Map.Entry<K, V>>
.
«Коллекция» - это структура данных, набор каких-либо объектов. Данными (объектами в наборе) могут быть числа, строки, объекты пользовательских классов и т.п.
На вершине иерархии в Java Collection Framework располагаются 2 интерфейса: Collection
и Map
. Эти интерфейсы разделяют все коллекции, входящие во фреймворк на две части по типу хранения данных: простые последовательные наборы элементов и наборы пар «ключ — значение» соответственно.
Интерфейс Collection
расширяют интерфейсы:
List
(список) представляет собой коллекцию, в которой допустимы дублирующие значения. Элементы такой коллекции пронумерованы, начиная от нуля, к ним можно обратиться по индексу. Реализации:ArrayList
- инкапсулирует в себе обычный массив, длина которого автоматически увеличивается при добавлении новых элементов.LinkedList
(двунаправленный связный список) - состоит из узлов, каждый из которых содержит как собственно данные, так и две ссылки на следующий и предыдущий узел.Vector
— реализация динамического массива объектов, методы которой синхронизированы.Stack
— реализация стека LIFO (last-in-first-out).
Set
(сет) описывает неупорядоченную коллекцию, не содержащую повторяющихся элементов. Реализации:HashSet
- использует HashMap для хранения данных. В качестве ключа и значения используется добавляемый элемент. Из-за особенностей реализации порядок элементов не гарантируется при добавлении.LinkedHashSet
— гарантирует, что порядок элементов при обходе коллекции будет идентичен порядку добавления элементов.TreeSet
— предоставляет возможность управлять порядком элементов в коллекции при помощи объектаComparator
, либо сохраняет элементы с использованием «natural ordering».
Queue
(очередь) предназначена для хранения элементов с предопределённым способом вставки и извлечения FIFO (first-in-first-out):PriorityQueue
— предоставляет возможность управлять порядком элементов в коллекции при помощи объектаComparator
, либо сохраняет элементы с использованием «natural ordering».ArrayDeque
— реализация интерфейсаDeque
, который расширяет интерфейсQueue
методами, позволяющими реализовать конструкцию вида LIFO (last-in-first-out).
Интерфейс Map
реализован классами:
Hashtable
— хэш-таблица, методы которой синхронизированы. Не позволяет использоватьnull
в качестве значения или ключа и не является упорядоченной.HashMap
— хэш-таблица. Позволяет использоватьnull
в качестве значения или ключа и не является упорядоченной.LinkedHashMap
— упорядоченная реализация хэш-таблицы.TreeMap
— реализация, основанная на красно-чёрных деревьях. Является упорядоченной и предоставляет возможность управлять порядком элементов в коллекции при помощи объектаComparator
, либо сохраняет элементы с использованием «natural ordering».WeakHashMap
— реализация хэш-таблицы, которая организована с использованием weak references для ключей (сборщик мусора автоматически удалит элемент из коллекции при следующей сборке мусора, если на ключ этого элемента нет жёстких ссылок).
Расположите в виде иерархии следующие интерфейсы: List
, Set
, Map
, SortedSet
, SortedMap
, Collection
, Iterable
, Iterator
, NavigableSet
, NavigableMap
.
Iterable
Collection
List
Set
SortedSet
NavigableSet
Map
SortedMap
NavigableMap
Iterator
Collection
представляет собой совокупность некоторых элементов. Map
- это совокупность пар «ключ-значение».
java.util.Collections
- набор статических методов для работы с коллекциями.
java.util.Collection
- один из основных интерфейсов Java Collections Framework.
fail-fast поведение означает, что при возникновении ошибки или состояния, которое может привести к ошибке, система немедленно прекращает дальнейшую работу и уведомляет об этом. Использование fail-fast подхода позволяет избежать недетерминированного поведения программы в течение времени.
В Java Collections API некоторые итераторы ведут себя как fail-fast и выбрасывают ConcurrentModificationException
, если после его создания была произведена модификация коллекции, т.е. добавлен или удален элемент напрямую из коллекции, а не используя методы итератора.
Реализация такого поведения осуществляется за счет подсчета количества модификаций коллекции (modification count):
- при изменении коллекции счетчик модификаций так же изменяется;
- при создании итератора ему передается текущее значение счетчика;
- при каждом обращении к итератору сохраненное значение счетчика сравнивается с текущим, и, если они не совпадают, возникает исключение.
В противоположность fail-fast, итераторы fail-safe не вызывают никаких исключений при изменении структуры, потому что они работают с клоном коллекции вместо оригинала.
Итератор коллекции CopyOnWriteArrayList
и итератор представления keySet
коллекции ConcurrentHashMap
являются примерами итераторов fail-safe.
Хотя оба интерфейса и предназначены для обхода коллекций между ними имеются существенные различия:
- с помощью
Enumeration
нельзя добавлять/удалять элементы; - в
Iterator
исправлены имена методов для повышения читаемости кода (Enumeration.hasMoreElements()
соответствуетIterator.hasNext()
,Enumeration.nextElement()
соответствуетIterator.next()
и т.д); Enumeration
присутствуют в устаревших классах, таких какVector
/Stack
, тогда какIterator
есть во всех современных классах-коллекциях.
Интерфейс Iterable
имеет только один метод - iterator()
, который возвращает Iterator
.
Классы, реализующие интерфейс Iterable
, могут применяться в конструкции for-each
, которая использует Iterator
.
ListIterator
расширяет интерфейсIterator
ListIterator
может быть использован только для перебора элементов коллекцииList
;Iterator
позволяет перебирать элементы только в одном направлении, при помощи методаnext()
. Тогда какListIterator
позволяет перебирать список в обоих направлениях, при помощи методовnext()
иprevious()
;ListIterator
не указывает на конкретный элемент: его текущая позиция располагается между элементами, которые возвращают методыprevious()
иnext()
.- При помощи
ListIterator
вы можете модифицировать список, добавляя/удаляя элементы с помощью методовadd()
иremove()
.Iterator
не поддерживает данного функционала.
Если итератор указывает на последний элемент коллекции, то возникнет исключение NoSuchElementException
, иначе будет возвращен следующий элемент.
Сколько элементов будет пропущено, если Iterator.next()
будет вызван после 10-ти вызовов Iterator.hasNext()
?
Нисколько - hasNext()
осуществляет только проверку наличия следующего элемента.
Если вызову iterator.remove()
предшествовал вызов iterator.next()
, то iterator.remove()
удалит элемент коллекции, на который указывает итератор, в противном случае будет выброшено IllegalStateException()
.
При следующем вызове методов итератора будет выброшено ConcurrentModificationException
.
- Попробовать подобрать или реализовать самостоятельно другой итератор, работающий по принципу fail-safe.
- Использовать
ConcurrentHashMap
иCopyOnWriteArrayList
. - Преобразовать список в массив и перебирать массив.
- Блокировать изменения списка на время перебора с помощью блока
synchronized
.
Отрицательная сторона последних двух вариантов - ухудшение производительности.
FIFO, First-In-First-Out («первым пришел-первым ушел») - по этому принципу построена коллекция Queue
.
FILO, First-In-Last-Out («первым пришел, последним ушел») - по этому принципу построена коллекция Stack
.
- Методы класса
Vector
синхронизированы, аArrayList
- нет; - По умолчанию,
Vector
удваивает свой размер, когда заканчивается выделенная под элементы память.ArrayList
же увеличивает свой размер только на половину.
Vector
это устаревший класс и его использование не рекомендовано.
Чем отличается ArrayList
от LinkedList
? В каких случаях лучше использовать первый, а в каких второй?
ArrayList
это список, реализованный на основе массива, а LinkedList
— это классический двусвязный список, основанный на объектах с ссылками между ними.
ArrayList
:
- доступ к произвольному элементу по индексу за константное время O(1);
- доступ к элементам по значению за линейное время O(N);
- вставка в конец в среднем производится за константное время O(1);
- удаление произвольного элемента из списка занимает значительное время т.к. при этом все элементы, находящиеся «правее» смещаются на одну ячейку влево (реальный размер массива (capacity) не изменяется);
- вставка элемента в произвольное место списка занимает значительное время т.к. при этом все элементы, находящиеся «правее» смещаются на одну ячейку вправо;
- минимум накладных расходов при хранении.
LinkedList
:
- на получение элемента по индексу или значению потребуется линейное время O(N);
- на добавление и удаление в начало или конец списка потребуется константное O(1);
- вставка или удаление в/из произвольного место константное O(1);
- требует больше памяти для хранения такого же количества элементов, потому что кроме самого элемента хранятся еще указатели на следующий и предыдущий элементы списка.
В целом, LinkedList
в абсолютных величинах проигрывает ArrayList
и по потребляемой памяти, и по скорости выполнения операций. LinkedList
предпочтительно применять, когда нужны частые операции вставки/удаления или в случаях, когда необходимо гарантированное время добавления элемента в список.
Смотря какие действия будут выполняться над структурой.
см. Чем отличается ArrayList
от LinkedList
O(N). Время поиска элемента линейно пропорционально количеству элементов в списке.
O(N). Время поиска элемента линейно пропорционально количеству элементов с списке.
O(N). Добавление в начало/конец списка осуществляется за время O(1).
O(N). Вставка элемента в конец списка осуществляется за время O(1), но если вместимость массива недостаточна, то происходит создание нового массива с увеличенным размером и копирование всех элементов из старого массива в новый.
Однозначный ответ можно дать только исходя из информации о том в какую часть списка происходит добавление элементов, что потом будет происходить с элементами списка, существуют ли какие-то ограничения по памяти или скорости выполнения.
см. Чем отличается ArrayList
от LinkedList
При удалении произвольного элемента из списка, все элементы, находящиеся «правее» смещаются на одну ячейку влево и реальный размер массива (его емкость, capacity) не изменяется никак. Механизм автоматического «расширения» массива существует, а вот автоматического «сжатия» нет, можно только явно выполнить «сжатие» командой trimToSize()
.
Предложите эффективный алгоритм удаления нескольких рядом стоящих элементов из середины списка, реализуемого ArrayList
.
Допустим нужно удалить n
элементов с позиции m
в списке. Вместо выполнения удаления одного элемента n
раз (каждый раз смещая на 1 позицию элементы, стоящие «правее» в списке), нужно выполнить смещение всех элементов, стоящих «правее» n + m
позиции на n
элементов «левее» к началу списка. Таким образом, вместо выполнения n
итераций перемещения элементов списка, все выполняется за 1 проход. Но если говорить об общей эффективности - то самый быстрый способ будет с использованием System.arraycopy()
, и получить к нему доступ можно через метод - subList(int fromIndex, int toIndex)
Пример:
import java.io.*;
import java.util.ArrayList;
public class Main {
//позиция, с которой удаляем
private static int m = 0;
//количество удаляемых элементов
private static int n = 0;
//количество элементов в списке
private static final int size = 1000000;
//основной список (для удаления вызовом remove() и его копия для удаления путём перезаписи)
private static ArrayList<Integer> initList, copyList;
public static void main(String[] args){
initList = new ArrayList<>(size);
for (int i = 0; i < size; i++) {
initList.add(i);
}
System.out.println("Список из 1.000.000 элементов заполнен");
copyList = new ArrayList<>(initList);
System.out.println("Создана копия списка\n");
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
try{
System.out.print("С какой позиции удаляем? > ");
m = Integer.parseInt(br.readLine());
System.out.print("Сколько удаляем? > ");
n = Integer.parseInt(br.readLine());
} catch(IOException e){
System.err.println(e.toString());
}
System.out.println("\nВыполняем удаление вызовом remove()...");
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = m - 1; i < m + n - 1; i++) {
initList.remove(i);
}
long finish = System.currentTimeMillis() - start;
System.out.println("Время удаления с помощью вызова remove(): " + finish);
System.out.println("Размер исходного списка после удаления: " + initList.size());
System.out.println("\nВыполняем удаление путем перезаписи...\n");
start = System.currentTimeMillis();
removeEfficiently();
finish = System.currentTimeMillis() - start;
System.out.println("Время удаления путём смещения: " + finish);
System.out.println("Размер копии списка:" + copyList.size());
System.out.println("\nВыполняем удаление через SubList...\n");
start = System.currentTimeMillis();
initList.subList(m - 1, m + n).clear();
finish = System.currentTimeMillis() - start;
System.out.println("Время удаления через саблист: " + finish);
System.out.println("Размер копии списка:" + copyList.size());
}
private static void removeEfficiently(){
/* если необходимо удалить все элементы, начиная с указанного,
* то удаляем элементы с конца до m
*/
if (m + n >= size){
int i = size - 1;
while (i != m - 1){
copyList.remove(i);
i--;
}
} else{
//переменная k необходима для отсчёта сдвига начиная от места вставка m
for (int i = m + n, k = 0; i < size; i++, k++) {
copyList.set(m + k, copyList.get(i));
}
/* удаляем ненужные элементы в конце списка
* удаляется всегда последний элемент, так как время этого действия
* фиксировано и не зависит от размера списка
*/
int i = size - 1;
while (i != size - n - 1){
copyList.remove(i);
i--;
}
//сокращаем длину списка путём удаления пустых ячеек
copyList.trimToSize();
}
}
}
Результат выполнения:
run:
Список из 1.000.000 элементов заполнен
Создана копия списка
С какой позиции удаляем? > 600000
Сколько удаляем? > 20000
Выполняем удаление вызовом remove()...
Время удаления с помощью вызова remove(): 928
Размер исходного списка после удаления: 980000
Выполняем удаление путем перезаписи...
Время удаления путём смещения: 17
Размер копии списка:980000
Выполняем удаление через SubList...
Время удаления через саблист: 1
Размер копии списка:980000
СБОРКА УСПЕШНО ЗАВЕРШЕНА (общее время: 33 секунды)
Если в массиве достаточно места для размещения нового элемента, то дополнительной памяти не требуется. Иначе происходит создание нового массива размером в 1,5 раза превышающим существующий (это верно для JDK выше 1.7, в более ранних версиях размер увеличения иной).
Создается один новый экземпляр вложенного класса Node
.
Каждый элемент LinkedList
хранит ссылку на предыдущий элемент, следующий элемент и ссылку на данные.
private static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node<E> prev;
//...
}
Для 32-битных систем каждая ссылка занимает 32 бита (4 байта). Сам объект (заголовок) вложенного класса Node
занимает 8 байт. 4 + 4 + 4 + 8 = 20 байт, а т.к. размер каждого объекта в Java кратен 8, соответственно получаем 24 байта. Примитив типа byte
занимает 1 байт памяти, но в JCF примитивы упаковываются: объект типа Byte
занимает в памяти 16 байт (8 байт на заголовок объекта, 1 байт на поле типа byte
и 7 байт для кратности 8). Также напомню, что значения от -128 до 127 кэшируются и для них новые объекты каждый раз не создаются. Таким образом, в x32 JVM 24 байта тратятся на хранение одного элемента в списке и 16 байт - на хранение упакованного объекта типа Byte
. Итого 40 байт.
Для 64-битной JVM каждая ссылка занимает 64 бита (8 байт), размер заголовка каждого объекта составляет 16 байт (два машинных слова). Вычисления аналогичны: 8 + 8 + 8 + 16 = 40байт и 24 байта. Итого 64 байта.
ArrayList
основан на массиве, для примитивных типов данных осуществляется автоматическая упаковка значения, поэтому 16 байт тратится на хранение упакованного объекта и 4 байта (8 для x64) - на хранение ссылки на этот объект в самой структуре данных. Таким образом, в x32 JVM 4 байта используются на хранение одного элемента и 16 байт - на хранение упакованного объекта типа Byte
. Для x64 - 8 байт и 24 байта соответственно.
Для ArrayList
или для LinkedList
операция добавления элемента в середину (list.add(list.size()/2, newElement)
) медленнее?
Для ArrayList
:
- проверка массива на вместимость. Если вместимости недостаточно, то увеличение размера массива и копирование всех элементов в новый массив (O(N));
- копирование всех элементов, расположенных правее от позиции вставки, на одну позицию вправо (O(N));
- вставка элемента (O(1)).
Для LinkedList
:
- поиск позиции вставки (O(N));
- вставка элемента (O(1)).
В худшем случае вставка в середину списка эффективнее для LinkedList
. В остальных - скорее всего, для ArrayList
, поскольку копирование элементов осуществляется за счет вызова быстрого системного метода System.arraycopy()
.
В реализации класса ArrayList
есть следующие поля: Object[] elementData
, int size
. Объясните, зачем хранить отдельно size
, если всегда можно взять elementData.length
?
Размер массива elementData
представляет собой вместимость (capacity) ArrayList
, которая всегда больше переменной size
- реального количества хранимых элементов. При необходимости вместимость автоматически возрастает.
Queue
- это очередь, которая обычно (но необязательно) строится по принципу FIFO (First-In-First-Out) - соответственно извлечение элемента осуществляется с начала очереди, вставка элемента - в конец очереди. Хотя этот принцип нарушает, к примеру, PriorityQueue
, использующая «natural ordering» или переданный Comparator
при вставке нового элемента.
Deque
(Double Ended Queue) расширяет Queue
и согласно документации, это линейная коллекция, поддерживающая вставку/извлечение элементов с обоих концов. Помимо этого, реализации интерфейса Deque
могут строится по принципу FIFO, либо LIFO.
Реализации и Deque
, и Queue
обычно не переопределяют методы equals()
и hashCode()
, вместо этого используются унаследованные методы класса Object, основанные на сравнении ссылок.
LinkedList
позволяет добавлять элементы в начало и конец списка за константное время, что хорошо согласуется с поведением интерфейса Deque
.
Двусвязный
: каждый элемент LinkedList
хранит ссылку на предыдущий и следующий элементы.
Для этого в LinkedList
есть обратный итератор, который можно получить вызва метод descendingIterator()
.
Особенностью PriorityQueue
является возможность управления порядком элементов. По-умолчанию, элементы сортируются с использованием «natural ordering», но это поведение может быть переопределено при помощи объекта Comparator
, который задаётся при создании очереди. Данная коллекция не поддерживает null в качестве элементов.
Используя PriorityQueue
, можно, например, реализовать алгоритм Дейкстры для поиска кратчайшего пути от одной вершины графа к другой. Либо для хранения объектов согласно определённого свойства.
Stack
был добавлен в Java 1.0 как реализация стека LIFO (last-in-first-out) и является расширением коллекции Vector
, хотя это несколько нарушает понятие стека (например, класс Vector
предоставляет возможность обращаться к любому элементу по индексу). Является частично синхронизированной коллекцией (кроме метода добавления push()
) с вытекающими отсюда последствиями в виде негативного воздействия на производительность. После добавления в Java 1.6 интерфейса Deque
, рекомендуется использовать реализации именно этого интерфейса, например, ArrayDeque
.
- Методы класса
Hashtable
синхронизированы, что приводит к снижению производительности, аHashMap
- нет; HashTable
не может содержать элементыnull
, тогда какHashMap
может содержать один ключnull
и любое количество значенийnull
;- Iterator у
HashMap
, в отличие от Enumeration уHashTable
, работает по принципу «fail-fast» (выдает исключение при любой несогласованности данных).
Hashtable
это устаревший класс и его использование не рекомендовано.
IdentityHashMap
- это структура данных, так же реализующая интерфейс Map
и использующая при сравнении ключей (значений) сравнение ссылок, а не вызов метода equals()
. Другими словами, в IdentityHashMap
два ключа k1
и k2
будут считаться равными, если они указывают на один объект, т.е. выполняется условие k1
== k2
.
IdentityHashMap
не использует метод hashCode()
, вместо которого применяется метод System.identityHashCode()
, по этой причине IdentityHashMap
по сравнению с HashMap
имеет более высокую производительность, особенно если последний хранит объекты с дорогостоящими методами equals()
и hashCode()
.
Одним из основных требований к использованию HashMap
является неизменяемость ключа, а, т.к. IdentityHashMap
не использует методы equals()
и hashCode()
, то это правило на него не распространяется.
IdentityHashMap
может применяться для реализации сериализации/клонирования. При выполнении подобных алгоритмов программе необходимо обслуживать хэш-таблицу со всеми ссылками на объекты, которые уже были обработаны. Такая структура не должна рассматривать уникальные объекты как равные, даже если метод equals()
возвращает true
.
Пример кода:
import java.util.HashMap;
import java.util.IdentityHashMap;
import java.util.Map;
public class Q2 {
public static void main(String[] args) {
Q2 q = new Q2();
q.testHashMapAndIdentityHashMap();
}
private void testHashMapAndIdentityHashMap() {
CreditCard visa = new CreditCard("VISA", "04/12/2019");
Map<CreditCard, String> cardToExpiry = new HashMap<>();
Map<CreditCard, String> cardToExpiryIdenity = new IdentityHashMap<>();
System.out.println("adding to HM");
// inserting objects to HashMap
cardToExpiry.put(visa, visa.getExpiryDate());
// inserting objects to IdentityHashMap
cardToExpiryIdenity.put(visa, visa.getExpiryDate());
System.out.println("adding to IHM");
System.out.println("before modifying keys");
String result = cardToExpiry.get(visa) != null ? "Yes" : "No";
System.out.println("Does VISA card exists in HashMap? " + result);
result = cardToExpiryIdenity.get(visa) != null ? "Yes" : "No";
System.out.println("Does VISA card exists in IdenityHashMap? " + result);
// modifying value object
visa.setExpiryDate("02/11/2030");
System.out.println("after modifying keys");
result = cardToExpiry.get(visa) != null ? "Yes" : "No";
System.out.println("Does VISA card exists in HashMap? " + result);
result = cardToExpiryIdenity.get(visa) != null ? "Yes" : "No";
System.out.println("Does VISA card exists in IdenityHashMap? " + result);
System.out.println("cardToExpiry.containsKey");
System.out.println(cardToExpiry.containsKey(visa));
System.out.println("cardToExpiryIdenity.containsKey");
System.out.println(cardToExpiryIdenity.containsKey(visa));
}
}
class CreditCard {
private String issuer;
private String expiryDate;
public CreditCard(String issuer, String expiryDate) {
this.issuer = issuer;
this.expiryDate = expiryDate;
}
public String getIssuer() {
return issuer;
}
public String getExpiryDate() {
return expiryDate;
}
public void setExpiryDate(String expiry) {
this.expiryDate = expiry;
}
@Override
public int hashCode() {
final int prime = 31;
int result = 1;
result = prime * result + ((expiryDate == null) ? 0 : expiryDate.hashCode());
result = prime * result + ((issuer == null) ? 0 : issuer.hashCode());
System.out.println("hashCode = " + result);
return result;
}
@Override
public boolean equals(Object obj) {
System.out.println("equals !!! ");
if (this == obj)
return true;
if (obj == null)
return false;
if (getClass() != obj.getClass())
return false;
CreditCard other = (CreditCard) obj;
if (expiryDate == null) {
if (other.expiryDate != null)
return false;
} else if (!expiryDate.equals(other.expiryDate))
return false;
if (issuer == null) {
if (other.issuer != null)
return false;
} else if (!issuer.equals(other.issuer))
return false;
return true;
}
}
Результат выполнения кода:
adding to HM
hashCode = 1285631513
adding to IHM
before modifying keys
hashCode = 1285631513
Does VISA card exists in HashMap? Yes
Does VISA card exists in IdenityHashMap? Yes
after modifying keys
hashCode = 791156485
Does VISA card exists in HashMap? No
Does VISA card exists in IdenityHashMap? Yes
cardToExpiry.containsKey
hashCode = 791156485
false
cardToExpiryIdenity.containsKey
true
В Java существует 4 типа ссылок: сильные (strong reference), мягкие (SoftReference), слабые (WeakReference) и фантомные (PhantomReference). Особенности каждого типа ссылок связаны с работой Garbage Collector. Если объект можно достичь только с помощью цепочки WeakReference (то есть на него отсутствуют сильные и мягкие ссылки), то данный объект будет помечен на удаление.
WeakHashMap
- это структура данных, реализующая интерфейс Map
и основанная на использовании WeakReference для хранения ключей. Таким образом, пара «ключ-значение» будет удалена из WeakHashMap
, если на объект-ключ более не имеется сильных ссылок.
В качестве примера использования такой структуры данных можно привести следующую ситуацию: допустим имеются объекты, которые необходимо расширить дополнительной информацией, при этом изменение класса этих объектов нежелательно либо невозможно. В этом случае добавляем каждый объект в WeakHashMap
в качестве ключа, а в качестве значения - нужную информацию. Таким образом, пока на объект имеется сильная ссылка (либо мягкая), можно проверять хэш-таблицу и извлекать информацию. Как только объект будет удален, то WeakReference для этого ключа будет помещен в ReferenceQueue и затем соответствующая запись для этой слабой ссылки будет удалена из WeakHashMap
.
SoftHashMap
представлена в сторонних библиотеках, например, в Apache Commons
.
В WeakHashMap
используются WeakReferences. А почему бы не создать PhantomHashMap
на PhantomReferences?
PhantomReference при вызове метода get()
возвращает всегда null
, поэтому тяжело представить назначение такой структуры данных.
Реализация LinkedHashMap
отличается от HashMap
поддержкой двухсвязанного списка, определяющего порядок итерации по элементам структуры данных. По умолчанию элементы списка упорядочены согласно их порядку добавления в LinkedHashMap
(insertion-order). Однако порядок итерации можно изменить, установив параметр конструктора accessOrder
в значение true
. В этом случае доступ осуществляется по порядку последнего обращения к элементу (access-order). Это означает, что при вызове методов get()
или put()
элемент, к которому обращаемся, перемещается в конец списка.
При добавлении элемента, который уже присутствует в LinkedHashMap
(т.е. с одинаковым ключом), порядок итерации по элементам не изменяется.
В чем проявляется «сортированность» SortedMap
, кроме того, что toString()
выводит все элементы по порядку?
Так же оно проявляется при итерации по коллекции.
HashMap
состоит из «корзин» (bucket). С технической точки зрения «корзины» — это элементы массива, которые хранят ссылки на списки элементов. При добавлении новой пары «ключ-значение», вычисляет хэш-код ключа, на основании которого вычисляется номер корзины (номер ячейки массива), в которую попадет новый элемент. Если корзина пустая, то в нее сохраняется ссылка на вновь добавляемый элемент, если же там уже есть элемент, то происходит последовательный переход по ссылкам между элементами в цепочке, в поисках последнего элемента, от которого и ставится ссылка на вновь добавленный элемент. Если в списке был найден элемент с таким же ключом, то он заменяется.
Согласно Кнуту и Кормену существует две основных реализации хэш-таблицы: на основе открытой адресации и на основе метода цепочек. Как реализована HashMap
? Почему, по вашему мнению, была выбрана именно эта реализация? В чем плюсы и минусы каждого подхода?
HashMap
реализован с использованием метода цепочек, т.е. каждой ячейке массива (корзине) соответствует свой связный список и при возникновении коллизии осуществляется добавление нового элемента в этот список.
Для метода цепочек коэффициент заполнения может быть больше 1 и с увеличением числа элементов производительность убывает линейно. Такие таблицы удобно использовать, если заранее неизвестно количество хранимых элементов, либо их может быть достаточно много, что приводит к большим значениям коэффициента заполнения.
Среди методов открытой реализации различают:
- линейное пробирование;
- квадратичное пробирование;
- двойное хэширование.
Недостатки структур с методом открытой адресации:
- Количество элементов в хэш-таблице не может превышать размера массива. По мере увеличения числа элементов и повышения коэффициента заполнения производительность структуры резко падает, поэтому необходимо проводить перехэширование.
- Сложно организовать удаление элемента.
- Первые два метода открытой адресации приводят к проблеме первичной и вторичной группировок.
Преимущества хэш-таблицы с открытой адресацией:
- отсутствие затрат на создание и хранение объектов списка;
- простота организации сериализации/десериализации объекта.
Как работает HashMap
при попытке сохранить в него два элемента по ключам с одинаковым hashCode()
, но для которых equals() == false
?
По значению hashCode()
вычисляется индекс ячейки массива, в список которой этот элемент будет добавлен. Перед добавлением осуществляется проверка на наличие элементов в этой ячейке. Если элементы с таким hashCode()
уже присутствует, но их equals()
методы не равны, то элемент будет добавлен в конец списка.
В конструкторе по умолчанию - 16, используя конструкторы с параметрами можно задавать произвольное начальное количество корзин.
Какова оценка временной сложности операций над элементами из HashMap
? Гарантирует ли HashMap
указанную сложность выборки элемента?
В общем случае операции добавления, поиска и удаления элементов занимают константное время.
Данная сложность не гарантируется, т.к. если хэш-функция распределяет элементы по корзинам равномерно, временная сложность станет не хуже Логарифмического времени O(log(N)), а в случае, когда хэш-функция постоянно возвращает одно и то же значение, HashMap
превратится в связный список со сложностью О(n).
Пример кода двоичного поиска:
public class Q {
public static void main(String[] args) {
Q q = new Q();
q.binSearch();
}
private void binSearch() {
int[] inpArr = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
Integer result = binSearchF(inpArr, 1, 0, inpArr.length - 1);
System.out.println("-----------------------");
result = binSearchF(inpArr, 2, 0, inpArr.length - 1);
System.out.println("Found at position " + result);
}
private Integer binSearchF(int[] inpArr, int searchValue, int low, int high) {
Integer index = null;
while (low <= high) {
System.out.println("New iteration, low = " + low + ", high = " + high);
int mid = (low + high) / 2;
System.out.println("trying mid = " + mid + " inpArr[mid] = " + inpArr[mid]);
if (inpArr[mid] < searchValue) {
low = mid + 1;
System.out.println("inpArr[mid] (" + inpArr[mid] + ") < searchValue(" + searchValue + "), mid = " + mid
+ ", setting low = " + low);
} else if (inpArr[mid] > searchValue) {
high = mid - 1;
System.out.println("inpArr[mid] (" + inpArr[mid] + ") > searchValue(" + searchValue + "), mid = " + mid
+ ", setting high = " + high);
} else if (inpArr[mid] == searchValue) {
index = mid;
System.out.println("found at index " + mid);
break;
}
}
return index;
}
}
Это возможно в случае, если метод, определяющий номер корзины будет возвращать одинаковые значения.
Допустим, в качестве ключа используется не примитив, а объект с несколькими полями. После добавления элемента в HashMap
у объекта, который выступает в качестве ключа, изменяют одно поле, которое участвует в вычислении хэш-кода. В результате при попытке найти данный элемент по исходному ключу, будет происходить обращение к правильной корзине, а вот equals
уже не найдет указанный ключ в списке элементов. Тем не менее, даже если equals
реализован таким образом, что изменение данного поля объекта не влияет на результат, то после увеличения размера корзин и пересчета хэш-кодов элементов, указанный элемент, с измененным значением поля, с большой долей вероятности попадет в совершенно другую корзину и тогда уже потеряется совсем.
Хэш-код массива не зависит от хранимых в нем элементов, а присваивается при создании массива (метод вычисления хэш-кода массива не переопределен и вычисляется по стандартному Object.hashCode()
на основании адреса массива). Так же у массивов не переопределен equals
и выполняется сравнение указателей. Это приводит к тому, что обратиться к сохраненному с ключом-массивом элементу не получится при использовании другого массива такого же размера и с такими же элементами, доступ можно осуществить лишь в одном случае — при использовании той же самой ссылки на массив, что использовалась для сохранения элемента.
hashCode
позволяет определить корзину для поиска элемента, а equals
используется для сравнения ключей элементов в списке корзины и искомого ключа.
Число значений следует из сигнатуры int hashCode()
и равно диапазону типа int
— 232.
O(N). Худший случай - это поиск ключа в HashMap
, вырожденного в список по причине совпадения ключей по hashCode()
и для выяснения хранится ли элемент с определённым ключом может потребоваться перебор всего списка.
- ключ равен
null
: 1 - выполняется единственный методgetForNullKey()
. - любой ключ отличный от
null
: 4 - вычисление хэш-кода ключа; определение номера корзины; поиск значения; возврат значения.
Один новый объект статического вложенного класса Entry<K,V>
.
Помимо capacity
у HashMap
есть еще поле loadFactor
, на основании которого, вычисляется предельное количество занятых корзин capacity * loadFactor
. По умолчанию loadFactor = 0.75
. По достижению предельного значения, число корзин увеличивается в 2 раза и для всех хранимых элементов вычисляется новое «местоположение» с учетом нового числа корзин.
initialCapacity
- исходный размерHashMap
, количество корзин в хэш-таблице в момент её создания.loadFactor
- коэффициент заполненияHashMap
, при превышении которого происходит увеличение количества корзин и автоматическое перехэширование. Равен отношению числа уже хранимых элементов в таблице к её размеру.
Да, будет, но в этом случае HashMap
вырождается в связный список и теряет свои преимущества.
Использовать метод keySet()
, который возвращает множество Set<K>
ключей.
Использовать метод values()
, который возвращает коллекцию Collection<V>
значений.
Использовать метод entrySet()
, который возвращает множество Set<Map.Entry<K, V>
пар «ключ-значение».
TreeSet
обеспечивает упорядоченно хранение элементов в виде красно-черного дерева. Сложность выполнения основных операций не хуже O(log(N)) (Логарифмическое время).
HashSet
использует для хранения элементов такой же подход, что и HashMap
, за тем отличием, что в HashSet
в качестве ключа и значения выступает сам элемент
, кроме того, HashSet
не поддерживает упорядоченное хранение элементов и обеспечивает временную сложность выполнения операций аналогично HashMap
.
В основе TreeSet
лежит красно-черное дерево, которое умеет само себя балансировать. В итоге, TreeSet
все равно в каком порядке вы добавляете в него элементы, преимущества этой структуры данных будут сохраняться.
LinkedHashSet
отличается от HashSet
только тем, что в его основе лежит LinkedHashMap
вместо HashMap
. Благодаря этому порядок элементов при обходе коллекции является идентичным порядку добавления элементов (insertion-order). При добавлении элемента, который уже присутствует в LinkedHashSet
(т.е. с одинаковым ключом), порядок обхода элементов не изменяется.
Для Enum
есть специальный класс java.util.EnumSet
. Зачем? Чем авторов не устраивал HashSet
или TreeSet
?
EnumSet
- это реализация интерфейса Set
для использования с перечислениями (Enum
). В структуре данных хранятся объекты только одного типа Enum
, указываемого при создании. Для хранения значений EnumSet
использует массив битов (bit vector), - это позволяет получить высокую компактность и эффективность. Проход по EnumSet
осуществляется согласно порядку объявления элементов перечисления.
Все основные операции выполняются за O(1) и обычно (но негарантированно) быстрей аналогов из HashSet
, а пакетные операции (bulk operations), такие как containsAll()
и retainAll()
выполняются даже горазда быстрей.
Помимо всего EnumSet
предоставляет множество статических методов инициализации для упрощенного и удобного создания экземпляров.
- Цикл с итератором
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
//iterator.next();
}
- Цикл
for
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
//list.get(i);
}
- Цикл
while
int i = 0;
while (i < list.size()) {
//list.get(i);
i++;
}
- «for-each»
for (String element : list) {
//element;
}
С помощью статических методов synchronizedMap()
и synchronizedList()
класса Collections
. Данные методы возвращают синхронизированный декоратор переданной коллекции. При этом все равно в случае обхода по коллекции требуется ручная синхронизация.
Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
List l = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
Начиная с Java 6 JCF был расширен специальными коллекциями, поддерживающими многопоточный доступ, такими как CopyOnWriteArrayList
и ConcurrentHashMap
.
При помощи:
Collections.unmodifiableList(list)
;Collections.unmodifiableSet(set)
;Collections.unmodifiableMap(map)
.
Эти методы принимают коллекцию в качестве параметра, и возвращают коллекцию только для чтения с теми же элементами внутри.
Напишите однопоточную программу, которая заставляет коллекцию выбросить ConcurrentModificationException
.
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
for (Integer integer : list) {
list.remove(1);
}
}
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = Collections.emptyList();
list.add(0);
}
Реализуйте симметрическую разность двух коллекций используя методы Collection
(addAll(...)
, removeAll(...)
, retainAll(...)
).
Симметрическая разность двух коллекций - это множество элементов, одновременно не принадлежащих обоим исходным коллекциям.
<T> Collection<T> symmetricDifference(Collection<T> a, Collection<T> b) {
// Объединяем коллекции.
Collection<T> result = new ArrayList<>(a);
result.addAll(b);
// Получаем пересечение коллекций.
Collection<T> intersection = new ArrayList<>(a);
intersection.retainAll(b);
// Удаляем элементы, расположенные в обоих коллекциях.
result.removeAll(intersection);
return result;
}
Необходимо использовать LRU-алгоритм (Least Recently Used algorithm) и LinkedHashMap
с access-order. В этом случае при обращении к элементу он будет перемещаться в конец списка, а наименее используемые элементы будут постепенно группироваться в начале списка. Так же в стандартной реализации LinkedHashMap
есть метод removeEldestEntries()
, который возвращает true
, если текущий объект LinkedHashMap
должен удалить наименее используемый элемент из коллекции при использовании методов put()
и putAll()
.
public class LRUCache<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {
private static final int MAX_ENTRIES = 10;
public LRUCache(int initialCapacity) {
super(initialCapacity, 0.85f, true);
}
@Override
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> eldest) {
return size() > MAX_ENTRIES;
}
}
Стоит заметить, что LinkedHashMap
не позволяет полностью реализовать LRU-алгоритм, поскольку при вставке уже имеющегося в коллекции элемента порядок итерации по элементам не меняется.
Object[] array = collection.toArray();
List<Integer> subList = list.subList(3, list.size() - 3);
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>(new HashSet<>());
HashSet<Integer> set = new HashSet<>(new ArrayList<>());
HashSet<Object> set = new HashSet<>(map.keySet());
HashMap<K, V> map = new HashMap<>(set.size());
for (Map.Entry<K, V> entry : set) {
map.put(entry.getKey(), entry.getValue());
}