【第二章：Java核心技术解析】第6节：Java基础 - 三大集合（上）

大家好，很高兴我们可以继续学习交流Java高频面试题。本小节是Java基础篇章的第四小节，主要介绍Java中的常用集合知识点，涉及到的内容包括Java中的三大集合的引出，以及HashMap，Hashtable和ConcurrentHashMap。

本小节内容几乎是Java面试中必考的点，或者说是你必须要熟练掌握的知识点。在实际的开发的工作中，我们经常借助集合完成数据的排序，查找等操作。熟练掌握Java中的常用集合，对于实际开发工作效率的提升也很有帮助。

我们先来介绍下Java中集合知识的整体情况吧。

三大集合接口的引出：

Java中的集合，从上层接口上看分为了两类，Map和Collection。也就是说，我们平时接触到的常用的集合，包括HashMap，ArrayList和HashSet等都直接或者间接的实现了这两个接口之一。而Collection接口的子接口又包括了Set和List接口。这样我们常见的Map，Set和List三大集合接口就出来了。接口类图如下所示：

这个时候，比较“机灵”的面试官就会发问了。

面试官：Map，List和Set都是Collection的子接口吗？

答：Map是和Collection并列的集合上层接口，没有继承关系；List和Set是Collection的子接口。

在本小节的附图中，我们给出了本节所涉及到的集合的类图结构，列出来是为了大家学习的时候方便查阅，接下来我们结合面试题来进行各个知识点的解析吧。

（1）说说Java中常见的集合吧。

答：Java中的常见集合可以概括如下。

• Map接口和Collection接口是所有集合框架的父接口
• Collection接口的子接口包括：Set接口和List接口
• Map接口的实现类主要有：HashMap、TreeMap、Hashtable、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap以及Properties等
• Set接口的实现类主要有：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet等
• List接口的实现类主要有：ArrayList、LinkedList、Stack以及Vector等

（2）HashMap和Hashtable的区别有哪些？

答： HashMap和Hashtable之间的区别可以总结如下。

• HashMap没有考虑同步，是线程不安全的；Hashtable使用了synchronized关键字，是线程安全的；
• HashMap允许null作为Key；Hashtable不允许null作为Key，Hashtable的value也不可以为null

解析：
这个算是面试官针对HashMap的一个开胃小菜，重点是根据候选人的回答进行下一步的考察。既然候选人说出了线程安全和不安全的区别，面试官会接着考察线程安全的具体含义，如下所示：

HashMap是线程不安全的是吧？你可以举一个例子吗？

答：（注意，以下是候选人常见的错误理解！！！，因为上边的答案是大家背出来的）
有一个快速失败fast-fail机制，当对HashMap遍历的时候，调用了remove方法使其迭代器发生改变的时候会抛出一个异常ConcurrentModificationException。Hashtable因为在方法上做了synchronized处理，所以不会抛出异常。（自信的语气^_^感觉面试官很low）。

我们这里先给出正确答案：

• HashMap线程不安全主要是考虑到了多线程环境下进行扩容可能会出现HashMap死循环
• Hashtable线程安全是由于其内部实现在put和remove等方法上使用synchronized进行了同步，所以对单个方法的使用是线程安全的。但是对多个方法进行复合操作时，线程安全性无法保证。 比如一个线程在进行get然后put更新的操作，这就是两个复合操作，在两个操作之间，可能别的线程已经对这个key做了改动，所以，你接下来的put操作可能会不符合预期。

既然说到了这里，那么我们来看看大家一直想说的Java集合快速失败（fast-fail）机制是怎么回事儿吧~

Java集合中的快速失败（fast-fail）机制：

答：快速失败是Java集合的一种错误检测机制，当多个线程对集合进行结构上的改变的操作时，有可能会产生fail-fast。

例如：

假设存在两个线程（线程1、线程2），线程1通过Iterator在遍历集合A中的元素，在某个时候线程2修改了集合A的结构（是结构上面的修改，而不是简单的修改集合元素的内容），那么这个时候程序就可能会抛出 ConcurrentModificationException异常，从而产生fast-fail快速失败。

那么快速失败机制底层是怎么实现的呢？

迭代器在遍历时直接访问集合中的内容，并且在遍历过程中使用一个 modCount 变量。集合在被遍历期间如果内容发生变化，就会改变modCount的值。当迭代器使用hashNext()/next()遍历下一个元素之前，都会检测modCount变量是否为expectedModCount值，是的话就返回遍历；否则抛出异常，终止遍历。JDK源码中的判断大概是这样的：

我们再来接着看异常ConcurrentModificationException，JDK中是这么介绍该异常的：

我来解释下JDK中的英文，大概意思就是说当检测到一个并发的修改，就可能会抛出该异常，一些迭代器的实现会抛出该异常，以便可以快速失败。但是你不可以为了便捷而依赖该异常，而应该仅仅作为一个程序的侦测。

前面常见的错误答案，错误的认为快速机制就是HashMap线程不安全的表现。并且坚定的认为Hashtable和Vector等线程安全的集合不会存在并发修改时候的快速失败，这是大错特错。概念和原理理解的不清晰导致掉入了面试官的陷阱里了，大家可以打开JDK源码，会发现Hashtable也会在迭代的时候抛出该异常，可能发生快速失败。

（3）HashMap底层实现结构有了解吗？