Java集合性能优化面试题

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Java集合性能优化面试题

初始化优化

Q1: 如何优化集合的初始化？

java">public class CollectionInitializationExample {// 1. 合理设置初始容量public void initializationOptimization() {// 不好的实践：使用默认容量List<String> badList = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 10000; i++) {badList.add("item" + i);  // 可能多次扩容}// 好的实践：预设容量List<String> goodList = new ArrayList<>(10000);for (int i = 0; i < 10000; i++) {goodList.add("item" + i);  // 只需一次分配}// HashMap初始化优化int expectedSize = 10000;float loadFactor = 0.75f;int capacity = (int) (expectedSize / loadFactor) + 1;Map<String, String> map = new HashMap<>(capacity);}// 2. 批量初始化public void batchInitialization() {// 使用Arrays.asListList<String> list1 = Arrays.asList("A", "B", "C");// 使用List.of (Java 9+)List<String> list2 = List.of("A", "B", "C");// 使用Set.of (Java 9+)Set<String> set = Set.of("A", "B", "C");// 使用Map.of (Java 9+)Map<String, Integer> map = Map.of("A", 1, "B", 2, "C", 3);}
}

Q2: 如何避免频繁的扩容和收缩？

java">public class CollectionResizingExample {// 1. ArrayList扩容优化public void arrayListResizing() {// 不好的实践：频繁扩容List<Integer> list = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 100000; i++) {list.add(i);}// 好的实践：预估大小int expectedSize = 100000;List<Integer> optimizedList = new ArrayList<>(expectedSize);for (int i = 0; i < expectedSize; i++) {optimizedList.add(i);}}// 2. HashMap扩容优化public void hashMapResizing() {// 计算最佳初始容量public static int calculateHashMapCapacity(int expectedSize) {return (int) ((float) expectedSize / 0.75f + 1.0f);}// 应用示例int expectedSize = 10000;Map<String, String> map = new HashMap<>(calculateHashMapCapacity(expectedSize));}// 3. 避免收缩public void avoidShrinking() {List<String> list = new ArrayList<>(1000);// 填充数据for (int i = 0; i < 1000; i++) {list.add("item" + i);}// 不好的实践：频繁清空后重用list.clear();// 好的实践：重用已分配的空间for (int i = 0; i < list.size(); i++) {list.set(i, null);  // 清除引用但保持容量}list.clear();}
}

访问优化

Q3: 如何优化集合的访问性能？

java">public class CollectionAccessOptimization {// 1. 选择合适的集合类型public void collectionTypeSelection() {// 随机访问场景：使用ArrayListList<String> arrayList = new ArrayList<>();// 频繁插入删除场景：使用LinkedListList<String> linkedList = new LinkedList<>();// 需要唯一性和快速查找：使用HashSetSet<String> hashSet = new HashSet<>();// 需要排序：使用TreeSetSet<String> treeSet = new TreeSet<>();}// 2. 优化遍历方式public void iterationOptimization() {List<String> list = new ArrayList<>();int size = list.size();// 不好的实践：每次都调用size()for (int i = 0; i < list.size(); i++) {// 处理元素}// 好的实践：缓存sizefor (int i = 0; i < size; i++) {// 处理元素}// 更好的实践：使用增强for循环for (String item : list) {// 处理元素}}// 3. 使用批量操作public void batchOperations() {List<String> source = new ArrayList<>();List<String> target = new ArrayList<>();// 不好的实践：逐个添加for (String item : source) {target.add(item);}// 好的实践：批量添加target.addAll(source);}
}

并发优化

Q4: 如何优化并发场景下的集合性能？

java">public class ConcurrentCollectionOptimization {// 1. 选择合适的并发集合public void concurrentCollectionSelection() {// 高并发读取场景Map<String, String> concurrentMap = new ConcurrentHashMap<>();// 读多写少场景List<String> copyOnWriteList = new CopyOnWriteArrayList<>();// 生产者-消费者场景BlockingQueue<String> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>();// 需要并发排序Map<String, String> skipListMap = new ConcurrentSkipListMap<>();}// 2. 分段锁优化public class CustomSegmentLockMap<K, V> {private static final int SEGMENTS = 16;private final Map<K, V>[] segments = new HashMap[SEGMENTS];private final Object[] locks = new Object[SEGMENTS];public CustomSegmentLockMap() {for (int i = 0; i < SEGMENTS; i++) {segments[i] = new HashMap<>();locks[i] = new Object();}}private int getSegment(K key) {return Math.abs(key.hashCode() % SEGMENTS);}public V put(K key, V value) {int segment = getSegment(key);synchronized (locks[segment]) {return segments[segment].put(key, value);}}public V get(K key) {int segment = getSegment(key);synchronized (locks[segment]) {return segments[segment].get(key);}}}// 3. 批量操作优化public void batchOperationOptimization() {ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();// 不好的实践：逐个处理for (Map.Entry<String, Integer> entry : map.entrySet()) {if (entry.getValue() > 100) {map.put(entry.getKey(), entry.getValue() * 2);}}// 好的实践：使用原子操作map.forEach((key, value) -> {map.compute(key, (k, v) -> v > 100 ? v * 2 : v);});}
}

内存优化

Q5: 如何优化集合的内存使用？

java">public class CollectionMemoryOptimization {// 1. 及时释放不用的引用public void referenceManagement() {List<Object> list = new ArrayList<>();// 不好的实践：保留不用的引用for (int i = 0; i < 1000; i++) {list.add(new Object());}list.clear();  // 只清除了list，对象仍在内存中// 好的实践：手动清除引用for (int i = 0; i < list.size(); i++) {list.set(i, null);  // 清除对象引用}list.clear();}// 2. 使用紧凑的数据结构public void compactDataStructures() {// 不好的实践：使用包装类型List<Integer> integers = new ArrayList<>();// 好的实践：使用基本类型数组int[] primitiveArray = new int[1000];// 使用BitSet代替boolean数组BitSet bitSet = new BitSet(1000);bitSet.set(10);  // 设置第10位为trueboolean isSet = bitSet.get(10);}// 3. 集合复用public class ObjectPool<T> {private final Queue<T> pool;private final Supplier<T> factory;public ObjectPool(Supplier<T> factory, int initialSize) {this.factory = factory;this.pool = new ConcurrentLinkedQueue<>();for (int i = 0; i < initialSize; i++) {pool.offer(factory.get());}}public T borrow() {T obj = pool.poll();return obj != null ? obj : factory.get();}public void release(T obj) {pool.offer(obj);}}
}

Q6: 如何处理大规模集合数据？

java">public class LargeCollectionHandling {// 1. 分批处理public void batchProcessing() {List<String> largeList = new ArrayList<>();int batchSize = 1000;for (int i = 0; i < largeList.size(); i += batchSize) {List<String> batch = largeList.subList(i, Math.min(i + batchSize, largeList.size()));processBatch(batch);}}// 2. 流式处理public void streamProcessing() {List<String> largeList = new ArrayList<>();// 并行流处理largeList.parallelStream().filter(item -> item.length() > 5).map(String::toUpperCase).forEach(this::process);}// 3. 使用外部存储public class ExternalStorageList<E> {private File storageFile;private int size;public void add(E element) {// 写入文件try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(storageFile, true))) {oos.writeObject(element);size++;} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}}public E get(int index) {// 从文件读取try (ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(storageFile))) {for (int i = 0; i < index; i++) {ois.readObject();}return (E) ois.readObject();} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);}}}
}

面试关键点

  1. 理解集合初始化的优化方法
  2. 掌握扩容机制的性能影响
  3. 了解不同访问方式的性能特点
  4. 熟悉并发集合的优化策略
  5. 掌握内存使用的优化方法
  6. 理解大规模数据处理方案
  7. 注意性能和内存的平衡
  8. 考虑实际应用场景的需求

http://www.ppmy.cn/server/171663.html

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