一、List和Set以及Map
1、List , Set, Map都是接口，前兩個繼承至Collection接口（Collection接口下還有個Queue接口，有PriorityQueue類），Map為獨立接口，
（1）List下有ArrayList，Vector，LinkedList
（2）Set下有HashSet，LinkedHashSet，TreeSet
（2）Map下有Hashtable，LinkedHashMap，HashMap，TreeMap
注意：Queue接口與List、Set同一級別，都是繼承了Collection接口。LinkedList既可以實現Queue接口,也可以實現List接口.Queue接口窄化了對LinkedList的方法的訪問權限（即在方法中的參數類型如果是Queue時，就完全只能訪問Queue接口所定義的方法 了，而不能直接訪問 LinkedList的非Queue的方法）。
2、list詳解：List 存儲有序,可重復
（1）ArrayList解析
1）ArrayList的實現原理：ArrayList繼承AbstractList類，實現了List和RandomAccess，Cloneable, Serializable接口，底層是基於動態的數組。底層使用數組實現,默認初始容量為10.當超出后，會自動擴容為原來的1.5倍，即自動擴容機制。List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList(...))即可線程安全。源碼解析如下。
2）ArrayList的優缺點
a、優點: 底層數據結構是數組，查詢快，增刪慢。
b、缺點: 線程不安全，效率高
（2）LinkedList解析
1）LinkedList的實現原理：LinkedList繼承AbstractList類，實現了List，Serializable，Queue接口，LinkedList是通過雙向鏈表去實現的，既然是鏈表實現那么它的隨機訪問效率比ArrayList要低，順序訪問的效率要比較的高。每個節點都有一個前驅（之前前面節點的指針）和一個后繼（指向后面節點的指針）。源碼解析如下。
2）ArrayList的優缺點
a、優點: 底層數據結構是鏈表，查詢慢，增刪快。
b、缺點: 線程不安全，效率高
（3）Vector解析
1）Vector實現原理：在ArrayList中每個方法中添加了synchronized關鍵字來保證同步。
2）Vector的優缺點
a、優點: 底層數據結構是數組，查詢快，增刪慢。
b、缺點: 線程安全，效率低
（4）三種list的選擇(元素可重復)：要安全？
是：Vector
否：ArrayList或者LinkedList
查詢多？：ArrayList
增刪多？：LinkedList
知道要用List，但是不知道是哪個List，就用ArrayList。
ArrayList是基於動態的數組的數據結構 LinkedList是基於鏈表的數據結構
3、Set存儲無序，唯一
set保證里面元素的唯一性其實是靠兩個方法，一是equals()和hashCode()方法先是判斷set集合中是否有與新添加數據的hashcode值一致的數據，如果有，那么將再進行第二步調用equals方法再進行一次判斷，假如集合中沒有與新添加數據hashcode值一致的數據，那么將不調用eqauls方法。
（1）HashSet：底層數據結構是哈希表。(無序,唯一)
使用Set集合都是需要去掉重復元素的, 如果在存儲的時候逐個equals()比較, 效率較低,哈希算法提高了去重復的效率, 降低了使用equals()方法的次數，HashSet調用add()方法存儲對象的時候, 先調用對象的hashCode()方法得到一個哈希值, 然后在集合中查找是否有哈希值相同的對象，如果沒有哈希值相同的對象就直接存入集合，如果有哈希值相同的對象, 就和哈希值相同的對象逐個進行equals()比較,比較結果為false就存入, true則不存
（2）LinkedHashSet：底層數據結構是鏈表和哈希表。(FIFO插入有序,唯一)，由鏈表保證元素有序，由哈希表保證元素唯一
1）TreeSet：底層數據結構是紅黑樹(唯一，有序)；利用自然排序和比較器排序；根據比較的返回值是否是0來決定來保證元素的唯一性。
（3）Set的選擇(元素唯一)：
排序？
是：TreeSet或LinkedHashSet
否：HashSet
知道要用Set，但是不知道是哪個Set，就用HashSet。
4、Map接口：Map接口有三個比較重要的實現類，分別是HashMap、HashTable和TreeMap，LinkedHashMap。
（1）TreeMap，HashMap，HashTable的區別
1）TreeMap是有序的，HashMap和HashTable是無序的。
2）Hashtable的方法是同步的，HashMap的方法不是同步的。這是兩者最主要的區別。
3）Hashtable是線程安全的，HashMap不是線程安全的。
4）HashMap效率較高，Hashtable效率較低。查看Hashtable的源代碼就可以發現，除構造函數外，Hashtable的所有 public 方法聲明中都有 synchronized關鍵字，而HashMap的源碼中則沒有。
5）Hashtable不允許null值，HashMap允許null值（key和value都允許）
6）父類不同：Hashtable的父類是Dictionary，HashMap的父類是AbstractMap
（2）LinkedHashMap怎么實現有序的?
LinkedHashMap內部維護了一個單鏈表，有頭尾節點，同時LinkedHashMap節點Entry內部除了繼承HashMap的Node屬性，還有before 和 after用於標識前置節點和后置節點。可以實現按插入的順序或訪問順序排序。
（3）TreeMap怎么實現有序的？
TreeMap是按照Key的自然順序或者實現的Comprator接口的比較函數的順序進行排序，內部是通過紅黑樹來實現。所以要么key所屬的類實現Comparable接口，或者自定義一個實現了Comparator接口的比較器，傳給TreeMap用於key的比較。
5、HashMap解析
（1）JDK1.8中HashMap
1）JDK1.8中HashMap的實現原理(數組+鏈表紅黑樹)：數組存儲的元素是一個Entry類，Entry類有三個數據域，key、value（鍵值對），next(指向下一個Entry)
2）HashMap如何設定初始容量大小：一般如果new HashMap() 不傳值，默認大小是16，負載因子是0.75， 如果自己傳入初始大小k，初始化大小為大於k的 2的整數次方，例如如果傳10，大小為16。負載因子為 0.75。Map 在使用過程中不斷的往里面存放數據，當數量達到了16 * 0.75 = 12 就需要將當前 16 的容量進行擴容
3）HashMap的哈希函數如何設計（如何求hash值）：hash函數是先拿到通過key的hashcode，是32位的int值，然后讓hashcode的高16位和低16位進行異或操作即key.hashCode()^(key.hashCode()>>>6)。這樣可以盡可能降低hash碰撞，使hash表越分散越好；同時算法一定要盡可能高效，因為這是高頻操作, 因此采用位運算；
4）為什么采用hashcode的高16位和低16位異或能降低hash碰撞？hash函數能不能直接用key的hashcode？
因為key.hashCode()函數調用的是key鍵值類型自帶的哈希函數，返回int型散列值。int值范圍為-2147483648~2147483647，前后加起來大概40億的映射空間。只要哈希函數映射得比較均勻松散，一般應用是很難出現碰撞的。但問題是一個40億長度的數組，內存是放不下的。如果HashMap數組的初始大小才16，用之前需要對數組的長度取模運算，得到的余數才能用來訪問數組下標。
5）如何通過hash值定位元素的位置：並不是對hash表的長度取余而使用了位運算來得到位置下標，由key的哈希值對數組的長度位運算得到即h & (length-1)
6）為什么用位運算定位hash以及HashMap的擴容都是以2的次方來進行：假設當前table的length是15，二進制表示為1111，那么length-1就是1110，此時有兩個hash值為8和9的key需要計算索引值，計算過程如下：
8的二進制表示：1000
8&（length-1）= 1000 & = 1000，索引值即為8;
9的二進制表示：1001
9&（length-1）= 1001 & 1110 = 1000，索引值也為8;
觀察發現8和9有相同的索引值，即兩個hash值為8和9的key會定位到數組中的同一個位置上形成鏈表，這就產生了碰撞，降低了查詢的效率，HashMap的初始大小和擴容都是以2的次方來進行的，換句話說length-1換成二進制永遠是全部為1，比如容量為16，則length-1為1111，大家知道位運算的'&'規則是兩個1才得1，遇0得0，也就是說length-1中的某一位為1，則對應位置的計算結果才取決於h中的對應位置（h中對應位取0,對應位結果為0，h對應位取1，對應位結果為1。這樣就有兩個結果），但是如果length-1中某一位為0，則不論h中對應位的數字為幾，對應位結果都是0，這樣就讓兩個h取到同一個結果，這就是hash沖突了，恰恰length-1又是全部為1的數，所以結果自然就將hash沖突最小化了。
7）h%length與h&（length-1）得到的結果其實是一個值，但是為什么hashmap中要用后者呢？
a、length（2的整數次冪）的特殊性導致了length-1的特殊性（二進制全為1）
b、位運算快於十進制運算，hashmap擴容也是按位擴容，所以相比較就選擇了后者
8）兩個不同key經過key.hashCode()&(length-1)計算后得到相同的數組下標后，如何操作：hashmap在插入元素的時候，會首先檢查這個位置上有沒有元素，如果已經有了元素，那么就把這個新插入的Entry的next指向本來這個位置上的元素的地址，然后再插入這個位置，這也就是為什么插入多個相同的key的value時，這個位置的value始終是最后插入的那個元素的值。
9）jdk1.8的HashMap的put方法：
a、判斷數組是否為空，為空進行初始化;
b、不為空，計算 k 的 hash 值，通過(n - 1) & hash計算應當存放在數組中的下標 index;
c、查看 table[index] 是否存在數據，沒有數據就構造一個Node節點存放在 table[index] 中；
d、存在數據，說明發生了hash沖突(存在二個節點key的hash值一樣), 繼續判斷key是否相等，相等，用新的value替換原數據；
e、如果不相等，判斷當前節點類型是不是樹型節點，如果是樹型節點，創造樹型節點插入紅黑樹中；
f、如果不是樹型節點，創建普通Node加入鏈表中；判斷鏈表長度是否大於 8， 大於的話鏈表轉換為紅黑樹；
g、插入完成之后判斷當前節點數是否大於閾值，如果大於開始擴容為原數組的2倍。
10）jdk1.8的HashMap的get方法：
a、首先將 key hash 之后取得所定位的桶。
b、如果桶為空則直接返回 null 。
c、否則判斷桶的第一個位置(有可能是鏈表、紅黑樹)的 key 是否為查詢的 key，是就直接返回 value。
d、如果第一個不匹配，則判斷它的下一個是紅黑樹還是鏈表。
e、紅黑樹就按照樹的查找方式返回值。
f、不然就按照鏈表的方式遍歷匹配返回值。
11）jdk1.8中HashMap的三點主要的優化：
a、數組+鏈表改成了數組+鏈表或紅黑樹；1.8使用紅黑樹：防止發生hash沖突，鏈表長度過長，將時間復雜度由O(n)降為O(logn);
b、鏈表的插入方式從頭插法改成了尾插法，是插入時，若數組位置上已經有元素，1.7利用頭插法，1.8遍歷鏈表，將元素放置到鏈表的最后； 因為1.7頭插法擴容時，頭插法會使鏈表發生反轉，多線程環境下會產生環
c、擴容的時候1.7需要對原數組中的元素進行重新hash定位在新數組的位置，1.8采用更簡單的判斷邏輯，位置不變；
d、在插入時，1.7先判斷是否需要擴容，再插入，1.8先進行插入，插入完成再判斷是否需要擴容；
12）擴容的時候為什么1.8 不用重新hash就可以直接定位原節點在新數據的位置呢?
由於擴容是擴大為原數組大小的2倍，用於計算數組位置的掩碼僅僅只是高位多了一個1，擴容前長度為16，用於計算(n-1) & hash 的二進制n-1為0000 1111，擴容為32后的二進制就高位多了1，為0001 1111。因為是& 運算，1和任何數 & 都是它本身，那就分二種情況：hash比（length-1）大和比（length-1）小。如下圖所示。
13）鏈表轉紅黑樹的閾值是8，為什么紅黑樹轉鏈表的閾值是6？
在hash函數設計合理的情況下，發生hash碰撞8次的幾率為百萬分之6，概率說話。因為8夠用了，至於為什么轉回來是6，因為如果hash碰撞次數在8附近徘徊，會一直發生鏈表和紅黑樹的互相轉化，為了預防這種情況的發生，設置為6。
14）Java中有HashTable、Collections.synchronizedMap、以及ConcurrentHashMap可以實現線程安全的Map
a、HashTable是直接在操作方法上加synchronized關鍵字，鎖住整個數組，鎖粒度比較大，
b、Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap());
c、ConcurrentHashMap相比HashTable降低了鎖粒度，並發度提高。jdk1.7使用分段鎖實現ConcurrentHashMap線程安全，jdk1.8使用CAS實現ConcurrentHashMap線程安全。
6、ConcurrentHashMap
1）ConcurrentHashMap在jdk1.7是如何實現的：jdk1.7中是采用Segment 數組+ HashEntry +成員變量用volatile修飾+ ReentrantLock的方式進行實現的。其中segment繼承ReentrantLock；另外成員變量使用volatile 修飾，免除了指令重排序，同時保證內存可見性，不會像 HashTable 那樣不管是 put 還是 get 操作都需要做同步處理。理論上 ConcurrentHashMap 支持 CurrencyLevel (Segment 數組長度)的線程並發。每當一個線程占用鎖訪問一個 Segment 時，不會影響到其他的 Segment。
注意：volatile關鍵字對於基本類型的修改可以在隨后對多個線程的讀保持一致，但是對於引用類型如數組僅僅保證引用的可見性，但並不保證引用內容的可見性。
2）ConcurrentHashMap在jdk1.8是如何實現的？
數據結構類似於hashmap，放棄了Segment臃腫的設計，取而代之的是采用Node數組+ CAS + Synchronized來保證並發安全進行實現。
jdk1.8 在jdk1.7 的數據結構上做了大的改動，采用紅黑樹之后可以保證查詢效率（O(logn)），甚至取消了 ReentrantLock 改為了 synchronized，這樣可以看出在新版的 JDK 中對 synchronized 優化是很到位的。
3）jdk1.8的ConcurrentHashMap的put操作：
a、根據 key 計算出 hashcode ；
b、判斷是否需要進行初始化。
c 、定位出當前 key的 Node，如果為空表示當前位置可以寫入數據，利用 CAS 嘗試寫入，失敗則自旋保證成功。
d、如果當前位置的 hashcode == MOVED == -1,則需要進行擴容。
e、如果都不滿足，則利用 synchronized 鎖寫入數據。
f、如果數量大於 TREEIFY_THRESHOLD 則要轉換為紅黑樹。
4）jdk1.8的ConcurrentHashMap 的get操作
a、根據計算出來的 hashcode 尋址，如果就在桶上那么直接返回值。
b、如果是紅黑樹那就按照樹的方式獲取值。
c、就不滿足那就按照鏈表的方式遍歷獲取值。
由於 HashEntry 中的value屬性是用 volatile 關鍵詞修飾的，保證了內存可見性，所以每次獲取時都是最新值。get 方法是非常高效的，因為整個過程都不需要加鎖。