+ [Что такое _«коллекция»_?](#Что-такое-коллекция)
+ [Назовите основные интерфейсы JCF и их реализации.](#Назовите-основные-интерфейсы-jcf-и-их-реализации)
+ [Расположите в виде иерархии следующие интерфейсы: `List`, `Set`, `Map`, `SortedSet`, `SortedMap`, `Collection`, `Iterable`, `Iterator`, `NavigableSet`, `NavigableMap`.](#Расположите-в-виде-иерархии-следующие-интерфейсы-list-set-map-sortedset-sortedmap-collection-iterable-iterator-navigableset-navigablemap)
+ [Почему `Map` — это не `Collection`, в то время как `List` и `Set` являются `Collection`?](#Почему-map--это-не-collection-в-то-время-как-list-и-set-являются-collection)
+ [В чем разница между классами `java.util.Collection` и `java.util.Collections`?](#В-чем-разница-между-классами-javautilcollection-и-javautilcollections)
+ [Что такое «fail-fast поведение»?](#Что-такое-fail-fast-поведение)
+ [Какая разница между fail-fast и fail-safe?](#Какая-разница-между-fail-fast-и-fail-safe)
+ [Чем различаются `Enumeration` и `Iterator`.](#Чем-различаются-enumeration-и-iterator)
+ [Как между собой связаны `Iterable` и `Iterator`?](#Как-между-собой-связаны-iterable-и-iterator)
+ [Как между собой связаны `Iterable`, `Iterator` и «for-each»?](#Как-между-собой-связаны-iterable-iterator-и-for-each)
+ [Сравните `Iterator` и `ListIterator`.](#Сравните-iterator-и-listiterator)
+ [Что произойдет при вызове `Iterator.next()` без предварительного вызова `Iterator.hasNext()`?](#Что-произойдет-при-вызове-iteratornext-без-предварительного-вызова-iteratorhasnext)
+ [Сколько элементов будет пропущено, если `Iterator.next()` будет вызван после 10-ти вызовов `Iterator.hasNext()`?](#Сколько-элементов-будет-пропущено-если-iteratornext-будет-вызван-после-10-ти-вызовов-iteratorhasnext)
+ [Как поведёт себя коллекция, если вызвать `iterator.remove()`?](#Как-поведёт-себя-коллекция-если-вызвать-iteratorremove)
+ [Как поведёт себя уже инстанциированный итератор для `collection`, если вызвать `collection.remove()`?](#Как-поведёт-себя-уже-инстанциированный-итератор-для-collection-если-вызвать-collectionremove)
+ [Как избежать `ConcurrentModificationException` во время перебора коллекции?](#Как-избежать-concurrentmodificationexception-во-время-перебора-коллекции)
+ [Чем отличается `ArrayList` от `Vector`?](#Чем-отличается-arraylist-от-vector)
+ [Зачем добавили `ArrayList`, если уже был `Vector`?](#Зачем-добавили-arraylist-если-уже-был-vector)
+ [Чем отличается `ArrayList` от `LinkedList`? В каких случаях лучше использовать первый, а в каких второй?](#Чем-отличается-arraylist-от-linkedlist-В-каких-случаях-лучше-использовать-первый-а-в-каких-второй)
+ [Что работает быстрее `ArrayList` или `LinkedList`?](#Что-работает-быстрее-arraylist-или-linkedlist)
+ [Какое худшее время работы метода `contains()` для элемента, который есть в `LinkedList`?](#Какое-худшее-время-работы-метода-contains-для-элемента-который-есть-в-linkedlist)
+ [Какое худшее время работы метода `contains()` для элемента, который есть в `ArrayList`?](#Какое-худшее-время-работы-метода-contains-для-элемента-который-есть-в-arraylist)
+ [Какое худшее время работы метода `add()` для `LinkedList`?](#Какое-худшее-время-работы-метода-add-для-linkedlist)
+ [Какое худшее время работы метода `add()` для `ArrayList`?](#Какое-худшее-время-работы-метода-add-для-arraylist)
+ [Необходимо добавить 1 млн. элементов, какую структуру вы используете?](#Необходимо-добавить-1-млн-элементов-какую-структуру-вы-используете)
+ [Как происходит удаление элементов из `ArrayList`? Как меняется в этом случае размер `ArrayList`?](#Как-происходит-удаление-элементов-из-arraylist-Как-меняется-в-этом-случае-размер-arraylist)
+ [Предложите эффективный алгоритм удаления нескольких рядом стоящих элементов из середины списка, реализуемого `ArrayList`.](#Предложите-эффективный-алгоритм-удаления-нескольких-рядом-стоящих-элементов-из-середины-списка-реализуемого-arraylist)
+ [Сколько необходимо дополнительной памяти при вызове `ArrayList.add()`?](#Сколько-необходимо-дополнительной-памяти-при-вызове-arraylistadd)
+ [Сколько выделяется дополнительно памяти при вызове `LinkedList.add()`?](#Сколько-выделяется-дополнительно-памяти-при-вызове-linkedlistadd)
+ [Оцените количество памяти на хранение одного примитива типа `byte` в `LinkedList`?](#Оцените-количество-памяти-на-хранение-одного-примитива-типа-byte-в-linkedlist)
+ [Оцените количество памяти на хранение одного примитива типа `byte` в `ArrayList`?](#Оцените-количество-памяти-на-хранение-одного-примитива-типа-byte-в-arraylist)
+ [Для `ArrayList` или для `LinkedList` операция добавления элемента в середину (`list.add(list.size()/2, newElement)`) медленнее?](#Для-arraylist-или-для-linkedlist-операция-добавления-элемента-в-середину-listaddlistsize2-newelement-медленнее)
+ [В реализации класса `ArrayList` есть следующие поля: `Object[] elementData`, `int size`. Объясните, зачем хранить отдельно `size`, если всегда можно взять `elementData.length`?](#В-реализации-класса-arraylist-есть-следующие-поля-object-elementdata-int-size-Объясните-зачем-хранить-отдельно-size-если-всегда-можно-взять-elementdatalength)
+ [Сравните интерфейсы `Queue` и `Deque`.](#Сравните-интерфейсы-queue-и-deque)
+ [Кто кого расширяет: `Queue` расширяет `Deque`, или `Deque` расширяет `Queue`?](#Кто-кого-расширяет-queue-расширяет-deque-или-deque-расширяет-queue)
+ [Почему `LinkedList` реализует и `List`, и `Deque`?](#Почему-linkedlist-реализует-и-list-и-deque)
+ [`LinkedList` — это односвязный, двусвязный или четырехсвязный список?](#linkedlist--это-односвязный-двусвязный-или-четырехсвязный-список)
+ [Как перебрать элементы `LinkedList` в обратном порядке, не используя медленный `get(index)`?](#Как-перебрать-элементы-linkedlist-в-обратном-порядке-не-используя-медленный-getindex)
+ [Что позволяет сделать `PriorityQueue`?](#Что-позволяет-сделать-priorityqueue)
+ [`Stack` считается «устаревшим». Чем его рекомендуют заменять? Почему?](#stack-считается-устаревшим-Чем-его-рекомендуют-заменять-Почему)
+ [Зачем нужен `HashMap`, если есть `Hashtable`?](#Зачем-нужен-hashmap-если-есть-hashtable)
+ [В чем разница между `HashMap` и `IdentityHashMap`? Для чего нужна `IdentityHashMap`?](#В-чем-разница-между-hashmap-и-identityhashmap-Для-чего-нужна-identityhashmap)
+ [В чем разница между `HashMap` и `WeakHashMap`? Для чего используется `WeakHashMap`?](#В-чем-разница-между-hashmap-и-weakhashmap-Для-чего-используется-weakhashmap)
+ [В `WeakHashMap` используются WeakReferences. А почему бы не создать `SoftHashMap` на SoftReferences?](#В-weakhashmap-используются-weakreferences-А-почему-бы-не-создать-softhashmap-на-softreferences)
+ [В `WeakHashMap` используются WeakReferences. А почему бы не создать `PhantomHashMap` на PhantomReferences?](#В-weakhashmap-используются-weakreferences-А-почему-бы-не-создать-phantomhashmap-на-phantomreferences)
+ [`LinkedHashMap` - что в нем от `LinkedList`, а что от `HashMap`?](#linkedhashmap---что-в-нем-от-linkedlist-а-что-от-hashmap)
+ [В чем проявляется «сортированность» `SortedMap`, кроме того, что `toString()` выводит все элементы по порядку?](#В-чем-проявляется-сортированность-sortedmap-кроме-того-что-tostring-выводит-все-элементы-по-порядку)
+ [Как устроен `HashMap`?](#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?](#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 одинаковым `hashCode()`, но для которых `equals() == false`?](#Как-работает-hashmap-при-попытке-сохранить-в-него-два-элемента-по-ключам-с-одинаковым-hashcode-но-для-которых-equals--false)
+ [Какое начальное количество корзин в `HashMap`?](#Какое-начальное-количество-корзин-в-hashmap)
+ [Какова оценка временной сложности операций над элементами из `HashMap`? Гарантирует ли `HashMap` указанную сложность выборки элемента?](#Какова-оценка-временной-сложности-операций-над-элементами-из-hashmap-Гарантирует-ли-hashmap-указанную-сложность-выборки-элемента)
+ [Возможна ли ситуация, когда `HashMap` выродится в список даже с ключами имеющими разные `hashCode()`?](#Возможна-ли-ситуация-когда-hashmap-выродится-в-список-даже-с-ключами-имеющими-разные-hashcode)
+ [В каком случае может быть потерян элемент в `HashMap`?](#В-каком-случае-может-быть-потерян-элемент-в-hashmap)
+ [Почему нельзя использовать `byte[]` в качестве ключа в `HashMap`?](#Почему-нельзя-использовать-byte-в-качестве-ключа-в-hashmap)
+ [Какова роль `equals()` и `hashCode()` в `HashMap`?](#Какова-роль-equals-и-hashcode-в-hashmap)
+ [Каково максимальное число значений `hashCode()`?](#Каково-максимальное-число-значений-hashcode)
+ [Какое худшее время работы метода get(key) для ключа, которого нет в `HashMap`?](#Какое-худшее-время-работы-метода-getkey-для-ключа-которого-нет-в-hashmap)
+ [Какое худшее время работы метода get(key) для ключа, который есть в `HashMap`?](#Какое-худшее-время-работы-метода-getkey-для-ключа-который-есть-в-hashmap)
+ [Сколько переходов происходит в момент вызова `HashMap.get(key)` по ключу, который есть в таблице?](#Сколько-переходов-происходит-в-момент-вызова-hashmapgetkey-по-ключу-который-есть-в-таблице)
+ [Сколько создается новых объектов, когда вы добавляете новый элемент в `HashMap`?](#Сколько-создается-новых-объектов-когда-вы-добавляете-новый-элемент-в-hashmap)
+ [Как и когда происходит увеличение количества корзин в `HashMap`?](#Как-и-когда-происходит-увеличение-количества-корзин-в-hashmap)
+ [Объясните смысл параметров в конструкторе `HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)`.](#Объясните-смысл-параметров-в-конструкторе-hashmapint-initialcapacity-float-loadfactor)
+ [Будет ли работать `HashMap`, если все добавляемые ключи будут иметь одинаковый `hashCode()`?](#Будет-ли-работать-hashmap-если-все-добавляемые-ключи-будут-иметь-одинаковый-hashcode)
+ [Как перебрать все ключи `Map`?](#Как-перебрать-все-ключи-map)
+ [Как перебрать все значения `Map`?](#Как-перебрать-все-значения-map)
+ [Как перебрать все пары «ключ-значение» в `Map`?](#Как-перебрать-все-пары-ключ-значение-в-map)
+ [В чем отличия `TreeSet` и `HashSet`?](#В-чем-отличия-treeset-и-hashset)
+ [Что будет, если добавлять элементы в `TreeSet` по возрастанию?](#Что-будет-если-добавлять-элементы-в-treeset-по-возрастанию)
+ [Чем `LinkedHashSet` отличается от `HashSet`?](#Чем-linkedhashset-отличается-от-hashset)
+ [Для `Enum` есть специальный класс `java.util.EnumSet`. Зачем? Чем авторов не устраивал `HashSet` или `TreeSet`?](#Для-enum-есть-специальный-класс-javautilenumset-Зачем-Чем-авторов-не-устраивал-hashset-или-treeset)
+ [Какие существуют способы перебирать элементы списка?](#Какие-существуют-способы-перебирать-элементы-списка)
+ [Каким образом можно получить синхронизированные объекты стандартных коллекций?](#Каким-образом-можно-получить-синхронизированные-объекты-стандартных-коллекций)
+ [Как получить коллекцию только для чтения?](#Как-получить-коллекцию-только-для-чтения)
+ [Напишите однопоточную программу, которая заставляет коллекцию выбросить `ConcurrentModificationException`.](#Напишите-однопоточную-программу-которая-заставляет-коллекцию-выбросить-concurrentmodificationexception)
+ [Приведите пример, когда какая-либо коллекция выбрасывает `UnsupportedOperationException`.](#Приведите-пример-когда-какая-либо-коллекция-выбрасывает-unsupportedoperationexception)
+ [Реализуйте симметрическую разность двух коллекций используя методы `Collection` (`addAll(...)`, `removeAll(...)`, `retainAll(...)`).](#Реализуйте-симметрическую-разность-двух-коллекций-используя-методы-collection-addall-removeall-retainall)
+ [Как, используя LinkedHashMap, сделать кэш c «invalidation policy»?](#Как-используя-linkedhashmap-сделать-кэш-c-invalidation-policy)
+ [Как одной строчкой скопировать элементы любой `collection` в массив?](#Как-одной-строчкой-скопировать-элементы-любой-collection-в-массив)
+ [Как одним вызовом из `List` получить `List` со всеми элементами, кроме первых и последних 3-х?](#Как-одним-вызовом-из-list-получить-list-со-всеми-элементами-кроме-первых-и-последних-3-х)
+ [Как одной строчкой преобразовать `HashSet` в `ArrayList`?](#Как-одной-строчкой-преобразовать-hashset-в-arraylist)
+ [Как одной строчкой преобразовать `ArrayList` в `HashSet`?](#Как-одной-строчкой-преобразовать-arraylist-в-hashset)
+ [Сделайте `HashSet` из ключей `HashMap`.](#Сделайте-hashset-из-ключей-hashmap)
+ [Сделайте `HashMap` из `HashSet<Map.Entry<K, V>>`.](#Сделайте-hashmap-из-hashsetmapentryk-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.
+ `List` (список) представляет собой коллекцию, в которой допустимы дублирующие значения. Реализации:
+ `ArrayList` - инкапсулирует в себе обычный массив, длина которого автоматически увеличивается при добавлении новых элементов. Элементы такой коллекции пронумерованы, начиная от нуля, к ним можно обратиться по индексу.
+ `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.
+ `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 объекта `Comparator`, 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 объекта `Comparator`, либо сохраняет элементы с использованием «natural ordering».
+ `ArrayDeque` — реализация интерфейса `Deque`, который расширяет интерфейс `Queue` методами, позволяющими реализовать конструкцию вида LIFO (last-in-first-out).
Интерфейс `Map` реализован классами:
+ `Hashtable` — хэш-таблица, методы которой синхронизированы. Не позволяет использовать `null` в качестве значения или ключа и не является упорядоченной.
+ `HashMap` — хэш-таблица. Позволяет использовать `null` в качестве значения или ключа и не является упорядоченной.
+ `TreeMap` — реализация, основанная на красно-чёрных деревьях. Является упорядоченной и предоставляет возможность управлять порядком элементов в коллекции при помощи объекта `Comparator`, 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).
__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.
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()` соответствует `Iterator.hasNext()`, `Enumeration.nextElement()` соответствует `Iterator.next()` и т.д);
+ `Enumeration` присутствуют в устаревших классах, таких как `Vector`/`Stack`, тогда как `Iterator` есть во всех современных классах-коллекциях.
+ `ListIterator` может быть использован только для перебора элементов коллекции `List`;
+ `Iterator` позволяет перебирать элементы только в одном направлении, при помощи метода `next()`. Тогда как `ListIterator` позволяет перебирать список в обоих направлениях, при помощи методов `next()` и `previous()`;
+ `ListIterator` не указывает на конкретный элемент: его текущая позиция располагается между элементами, которые возвращают методы `previous()` и `next()`.
+ При помощи `ListIterator` вы можете модифицировать список, добавляя/удаляя элементы с помощью методов `add()` и `remove()`. `Iterator` не поддерживает данного функционала.
Если вызову `iterator.remove()` предшествовал вызов `iterator.next()`, то `iterator.remove()` удалит элемент коллекции, на который указывает итератор, в противном случае будет выброшено `IllegalStateException()`.
+ Методы класса `Vector` синхронизированы, а`ArrayList` - 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.
`ArrayList` это список, реализованный на основе массива, а`LinkedList` — это классический двусвязный список, основанный на объектах с ссылками между ними.
+ 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;
+ но доступ к первому и последнему элементу списка всегда осуществляется за _константное_ время _O(1)_ — ссылки постоянно хранятся на первый и последний элемент;
+ 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.
_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`](#Чем-отличается-arraylist-от-linkedlist-В-каких-случаях-лучше-использовать-первый-а-в-каких-второй)
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()`.
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)`
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).
Каждый элемент `LinkedList` хранит ссылку на предыдущий элемент, следующий элемент и ссылку на данные.
```java
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.
+ 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.
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`.
`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`.
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`.
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.
`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.
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.
Данная сложность не гарантируется, т.к. если хэш-функция распределяет элементы по корзинам равномерно, временная сложность станет не хуже [_Логарифмического времени_ ](https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B6%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%B0%D0%BB%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%BC%D0%B0#%D0%9B%D0%BE%D0%B3%D0%B0%D1%80%D0%B8%D1%84%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5_%D0%B2%D1%80%D0%B5%D0%BC%D1%8F) 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).
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.
___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.
Но начиная с Java 8, после определенного числа элементов в списке, связный список преобразовывается в красно-черное дерево и сложность выборки, даже в случае плохой хеш-функции, не хуже _логарифмической__O(log(N))_
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 размер `HashMap`, количество корзин в хэш-таблице в момент её создания.
+ `loadFactor` - коэффициент заполнения `HashMap`, при превышении которого происходит увеличение количества корзин и автоматическое перехэширование. Равен отношению числа уже хранимых элементов в таблице к её размеру.
`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.
`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.
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.
```java
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`.
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()`.
```java
public class LRUCache<K,V> extends LinkedHashMap<K,V> {
Стоит заметить, что `LinkedHashMap` не позволяет полностью реализовать LRU-алгоритм, поскольку при вставке уже имеющегося в коллекции элемента порядок итерации по элементам не меняется.
