2025年Java集合框架專項(xiàng)突破試卷考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填入括號(hào)內(nèi)）1.下列哪個(gè)接口是所有集合類（Collection）的超接口？A.ListB.SetC.MapD.Object2.ArrayList和LinkedList都實(shí)現(xiàn)了List接口，關(guān)于它們性能比較，以下說法正確的是？A.ArrayList在所有場(chǎng)景下都比LinkedList快B.LinkedList在隨機(jī)插入和刪除時(shí)通常比ArrayList快C.ArrayList的`get(index)`操作的時(shí)間復(fù)雜度通常優(yōu)于LinkedListD.LinkedList在頻繁的`add(0)`操作時(shí)性能最佳3.在使用HashSet時(shí)，元素的`hashCode()`方法和不equals(Objectother)方法必須滿足什么關(guān)系才能保證HashSet正確工作？A.`hashCode()`必須相同，`equals()`可以不同B.`hashCode()`必須不同，`equals()`可以相同C.`hashCode()`和`equals()`必須具有一致性：如果兩個(gè)對(duì)象equals()返回true，則它們的hashCode()必須返回相同的值D.兩者都不需要滿足特定關(guān)系4.關(guān)于HashMap的`put(key,value)`操作，以下描述正確的是？A.如果key已存在，則直接用新value替換舊value，并返回舊valueB.如果key已存在，則拋出ConcurrentModificationException異常C.如果key不存在，則插入新鍵值對(duì)，并返回nullD.哈希沖突時(shí)，總是采用頭插法處理5.TreeMap是基于什么數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的？A.哈希表B.鏈表C.紅黑樹D.堆6.需要保證集合元素按照插入順序進(jìn)行迭代，應(yīng)該使用哪個(gè)集合類？A.HashSetB.TreeSetC.ArrayListD.LinkedHashSet7.在多線程環(huán)境下，如果需要安全的單線程訪問一個(gè)集合，最簡(jiǎn)單的方式是？A.使用任何集合類并手動(dòng)加鎖B.使用Collections.synchronizedList(newArrayList<>())C.使用VectorD.使用ArrayList并在訪問時(shí)使用synchronized代碼塊包裹8.ConcurrentHashMap為了實(shí)現(xiàn)高并發(fā)訪問，采用了什么策略？A.對(duì)整個(gè)數(shù)組加鎖B.對(duì)每個(gè)元素加鎖C.分段鎖（Segment）或CAS+AQSD.無鎖設(shè)計(jì)9.迭代器（Iterator）的`remove()`方法的作用是？A.移除迭代器本身B.移除迭代器最后返回的元素（next()返回的）C.移除集合中最后一個(gè)元素D.清空整個(gè)集合10.迭代器在遍歷集合過程中，如果嘗試調(diào)用`add()`方法，會(huì)拋出什么異常？A.UnsupportedOperationExceptionB.IllegalStateExceptionC.NullPointerExceptionD.ConcurrentModificationException11.Collections工具類中的`sort(list)`方法默認(rèn)按照什么順序?qū)ist進(jìn)行排序？A.元素的自然順序B.List元素插入的順序C.降序D.隨機(jī)順序12.以下哪個(gè)集合類允許存儲(chǔ)重復(fù)元素？A.TreeSetB.HashSetC.LinkedListD.LinkedHashSet13.以下哪個(gè)集合類是無序的？A.ArrayListB.LinkedListC.TreeSetD.HashSet14.以下哪個(gè)集合類實(shí)現(xiàn)了Map接口，并且其元素是唯一且有序的？A.HashMapB.LinkedHashMapC.TreeMapD.ConcurrentHashMap15.以下哪個(gè)集合類是線程安全的，并且迭代器是快速失敗的？A.ArrayListB.VectorC.CopyOnWriteArrayListD.ConcurrentHashMap二、填空題（請(qǐng)將答案填入橫線上）1.HashMap底層通常使用_______來存儲(chǔ)鍵值對(duì)，當(dāng)哈希值相同時(shí)，通過_______來解決沖突。2.Set接口不包含_______方法。3.`Iterator`接口中，用來檢查是否還有更多元素的方法是_______。4.`ListIterator`接口繼承自`Iterator`，并提供了一個(gè)可以_______的方法。5.在多線程環(huán)境下，`ConcurrentHashMap`的`put`操作通常比`Hashtable`的`put`操作更高效，因?yàn)樗ǔ２恍枰獙?duì)_______進(jìn)行加鎖。6.`Collections.synchronizedMap(newHashMap<>())`會(huì)返回一個(gè)線程安全的Map，但是其`keySet()`,`values()`,`entrySet()`返回的集合以及`get`,`put`等操作是否需要加鎖？請(qǐng)回答_______。7.ArrayList的擴(kuò)容機(jī)制是，當(dāng)元素個(gè)數(shù)達(dá)到當(dāng)前容量的_______倍時(shí)，會(huì)進(jìn)行擴(kuò)容，默認(rèn)擴(kuò)容到當(dāng)前容量的_______倍。8.LinkedHashMap通過維護(hù)一個(gè)_______來記錄插入順序。9.TreeMap中的比較器（Comparator）是在_______構(gòu)造時(shí)傳入的，或者如果未傳入，則使用鍵的自然順序。10.`ConcurrentSkipListMap`底層使用_______結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，它是一個(gè)_______鏈表。三、簡(jiǎn)答題1.請(qǐng)簡(jiǎn)述HashMap的基本工作原理，包括如何計(jì)算哈希值、如何處理哈希沖突（以鏈地址法為例）。2.請(qǐng)比較ArrayList和LinkedList的主要區(qū)別，并說明它們各自適合的場(chǎng)景。3.請(qǐng)解釋什么是“快速失敗”（Fail-Fast）機(jī)制？在使用迭代器遍歷集合時(shí)，哪些操作可能導(dǎo)致迭代器拋出`ConcurrentModificationException`？4.請(qǐng)簡(jiǎn)述ConcurrentHashMap相較于Hashtable在實(shí)現(xiàn)線程安全方面的優(yōu)勢(shì)。5.請(qǐng)說明在什么情況下你會(huì)選擇使用TreeSet而不是HashSet？四、代碼閱讀與分析題```javaimportjava.util.*;publicclassCollectionTest{publicstaticvoidmain(String[]args){List<String>list=newArrayList<>();list.add("A");list.add("B");list.add("C");List<String>list2=newLinkedList<>();list2.add("X");list2.add("Y");list2.add("Z");//1.使用list的迭代器遍歷list，并在遍歷時(shí)將每個(gè)元素轉(zhuǎn)換為大寫后添加到list2的末尾//2.打印list2的最終內(nèi)容//3.嘗試使用list2的迭代器在遍歷過程中刪除元素"Y"，并說明這樣做的結(jié)果（是否成功？為什么？）Iterator<String>it=list.iterator();while(it.hasNext()){Stringelement=it.next();Stringupper=element.toUpperCase();list2.add(upper);}System.out.println(list2);Iterator<String>it2=list2.iterator();while(it2.hasNext()){Stringelement=it2.next();if("Y".equals(element)){it2.remove();//嘗試刪除"Y"}}//打印嘗試刪除后的list2內(nèi)容，并解釋remove()方法的調(diào)用時(shí)機(jī)和安全性}}```請(qǐng)分析以上代碼：1.第一部分（使用list迭代器）執(zhí)行后，`list2`的最終內(nèi)容是什么？2.第二部分嘗試刪除"Y"的操作會(huì)成功嗎？為什么？如果在遍歷過程中調(diào)用`it2.remove()`是安全的嗎？五、編程題（請(qǐng)補(bǔ)全代碼或?qū)崿F(xiàn)指定功能）1.請(qǐng)編寫一個(gè)方法`removeDuplicates`,接收一個(gè)`List<Integer>`參數(shù)，返回一個(gè)`List<Integer>`，要求返回的列表中不包含重復(fù)的元素，并保持原始列表中元素的順序。可以假設(shè)輸入列表非空。提示：可以結(jié)合使用Set來輔助實(shí)現(xiàn)。2.請(qǐng)編寫一個(gè)方法`countFrequency`,接收一個(gè)`String`參數(shù)`input`，返回一個(gè)`Map<Character,Integer>`，其中鍵是輸入字符串中的每個(gè)字符，值是該字符出現(xiàn)的次數(shù)。忽略大小寫和非字母字符。---試卷答案一、選擇題1.B2.B3.C4.A5.C6.D7.B8.C9.B10.A11.A12.C13.D14.C15.C二、填空題1.哈希表，鏈表（或紅黑樹）2.`iterator()`3.`hasNext()`4.前往（或插入）列表中5.整個(gè)數(shù)組/Segment6.是7.一，1.5（或1.5f）8.鏈表9.創(chuàng)建時(shí)10.跳表，排序三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：HashMap基于哈希表實(shí)現(xiàn)。首先計(jì)算鍵對(duì)象的hashCode()，通過高位運(yùn)算（如`(hashCode()^(hashCode()>>>16))`）得到一個(gè)更均勻的分布。然后根據(jù)這個(gè)哈希值計(jì)算出數(shù)組索引（`hash&(length-1)`）。如果該索引位置為空，則直接插入。如果發(fā)生沖突（即不同鍵計(jì)算出的索引相同），根據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)（早期是鏈表，哈希值沖突多的鏈表過長(zhǎng)時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)為紅黑樹）處理。插入時(shí)，如果鍵已存在，則用新值替換舊值，并返回舊值。2.解析思路：ArrayList基于動(dòng)態(tài)數(shù)組實(shí)現(xiàn)，支持快速隨機(jī)訪問（`get(index)`時(shí)間復(fù)雜度為O(1)），但插入刪除（尤其是中間）效率較低（O(n)）。LinkedList基于雙向鏈表實(shí)現(xiàn)，插入刪除（任意位置）效率較高（O(1)），但隨機(jī)訪問效率較低（`get(index)`時(shí)間復(fù)雜度為O(n)）。ArrayList適合頻繁隨機(jī)讀取的場(chǎng)景，LinkedList適合頻繁插入刪除的場(chǎng)景。3.解析思路：“快速失敗”機(jī)制是指迭代器在遍歷時(shí)，如果檢測(cè)到集合結(jié)構(gòu)在迭代器創(chuàng)建后發(fā)生了改變（如添加、刪除元素，甚至清空），那么`next()`或`hasNext()`調(diào)用可能會(huì)拋出`ConcurrentModificationException`。其原理是迭代器內(nèi)部維護(hù)一個(gè)`modCount`變量，每次對(duì)集合進(jìn)行修改都會(huì)改變`modCount`。迭代器在調(diào)用`next()`或`hasNext()`時(shí)會(huì)檢查當(dāng)前集合的`modCount`是否與迭代器創(chuàng)建時(shí)的初始值相同，如果不同則拋出異常。導(dǎo)致拋出的操作包括：調(diào)用集合的`add`,`remove`方法，調(diào)用`Collections`的`sort`,`reverse`等可能修改集合結(jié)構(gòu)的方法，調(diào)用集合的`clear`方法等。4.解析思路：ConcurrentHashMap為了實(shí)現(xiàn)高并發(fā)，采用了更細(xì)粒度的鎖策略。早期版本使用Segment數(shù)組，每個(gè)Segment內(nèi)部獨(dú)立加鎖，允許多個(gè)線程并發(fā)讀寫不同的Segment。后續(xù)版本（如JDK8+）放棄了Segment，采用CAS+AQS的Node鎖策略，只在發(fā)生沖突時(shí)對(duì)節(jié)點(diǎn)或樹結(jié)構(gòu)加鎖，而不是整個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高了并發(fā)性能。相比之下，Hashtable采用全局鎖，每次操作都需要鎖定整個(gè)表，并發(fā)能力較差。5.解析思路：選擇TreeSet而不用HashSet的場(chǎng)景主要是：1)需要集合元素有序（自然順序或指定比較器排序）；2)需要保證元素的唯一性。當(dāng)這兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，TreeSet是更直接的選擇，因?yàn)樗鼉?nèi)部維護(hù)了一個(gè)排序的紅黑樹，自然滿足了有序性，同時(shí)紅黑樹也保證了唯一性。如果只需要唯一性，HashSet效率通常更高。四、代碼閱讀與分析題1.解析思路：第一部分代碼使用list的迭代器遍歷"A","B","C"，將它們轉(zhuǎn)換為大寫"A","B","C"，并依次添加到list2的末尾。所以`list2`最終內(nèi)容為["A","B","C"]。2.解析思路：第二部分嘗試刪除"Y"。雖然`it2`是`list2`的迭代器，但在調(diào)用`it2.remove()`之前，`it2.next()`返回的是"A"。迭代器的`remove()`方法只能刪除由最近一次調(diào)用`next()`或`hasNext()`返回的元素。因此，這里的`it2.remove()`實(shí)際上是嘗試刪除列表中第一個(gè)元素"A"，而不是"Y"。這個(gè)操作是安全的，因?yàn)榇藭r(shí)調(diào)用`remove()`符合迭代器規(guī)范。執(zhí)行后`list2`的內(nèi)容變?yōu)閇"B","C"]。調(diào)用`it2.next()`會(huì)返回"B"，但之后再次調(diào)用`it2.hasNext()`會(huì)檢查`modCount`，因?yàn)閌list2`已經(jīng)被修改（刪除了"A"），所以`it2.hasNext()`會(huì)返回false，遍歷結(jié)束。五、編程題1.代碼示例：```javaimportjava.util.*;publicclassCollectionExercise{publicstaticList<Integer>removeDuplicates(List<Integer>inputList){List<Integer>result=newArrayList<>();Set<Integer>seen=newHashSet<>();for(Integeritem:inputList){if(!seen.contains(item)){seen.add(item);result.add(item);}}returnresult;}}```解析思路：維護(hù)一個(gè)`result`列表用于存儲(chǔ)最終結(jié)果，一個(gè)`seen`集合用于記錄已出現(xiàn)過的元素。遍歷輸入列表`inputList`，對(duì)于每個(gè)元素`item`，檢查`seen`集合中是否已存在。如果不存在，說明是第一次遇到，將其添加到`seen`集合和`result`列表中。如果已存在，則跳過。這樣遍歷結(jié)束后，`result`列表中就是去重并保持順序的元素。2.代碼示例：```javaimportjava.util.*;publicclassCollectionExercise{