面试题：Java集合数据结构错误，如何处理和避免？

1. 空指针异常（NullPointerException）

问题描述：在操作集合时，如果集合对象为null，或者集合中的元素为null，可能会抛出NullPointerException。
处理方法：
- 在使用集合前，检查集合是否为null。
- 使用Objects.requireNonNull()方法显式检查null值。
避免方法：
- 在创建集合时，初始化集合对象。
- 使用Optional类避免null值问题。

2. 类型转换异常（ClassCastException）

问题描述：在使用泛型集合时，如果尝试将错误类型的对象插入集合，或者在遍历时强制转换类型，可能会抛出ClassCastException。
处理方法：
- 使用泛型集合时，确保插入的元素类型正确。
- 在遍历时，避免强制类型转换。

避免方法：

使用泛型集合，并在编译时检查类型安全。

如果需要存储多种类型的数据，可以使用Object类型，并在取出时进行类型检查。

List<Object> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add(123);
for (Object item : list) {
    if (item instanceof String) {
        String str = (String) item;
        System.out.println(str);
    }
}

3. 并发修改异常（ConcurrentModificationException）

问题描述：在使用Iterator遍历集合时，如果同时修改集合（如添加或删除元素），可能会抛出ConcurrentModificationException。
处理方法：
- 使用Iterator的remove()方法删除元素。
- 使用线程安全的集合类，如CopyOnWriteArrayList或ConcurrentHashMap。
避免方法：
- 避免在遍历时直接修改集合。
- 如果需要遍历和修改，使用Iterator或线程安全的集合类。

4. 索引越界异常（IndexOutOfBoundsException）

问题描述：在使用List时，如果访问的索引超出范围，可能会抛出IndexOutOfBoundsException。
处理方法：
- 在访问元素前，检查索引是否有效。
避免方法：
- 使用增强的for-each循环或Iterator遍历集合，避免直接操作索引。
- 在插入或删除元素时，确保索引在有效范围内。

5. 哈希冲突问题

问题描述：在使用HashSet或HashMap时，如果对象的hashCode()方法实现不当，可能会导致哈希冲突，影响性能。

处理方法：

正确实现hashCode()和equals()方法。

class Person {
    String name;
    int age;

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Person person = (Person) o;
        return age == person.age && Objects.equals(name, person.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }
}

避免方法：
- 确保hashCode()方法分布均匀，减少哈希冲突。
- 使用HashMap时，设置合适的初始容量和负载因子。

6. 集合初始化问题

问题描述：在创建集合时，如果未设置合适的初始容量，可能会导致频繁扩容，影响性能。

处理方法：

根据预估的数据量设置初始容量。

ArrayList<String> list = new ArrayList<>(100); // 初始容量为100
HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>(16, 0.75f); // 初始容量16，负载因子0.75

避免方法：
- 在创建集合时，合理设置初始容量和负载因子。

7. 元素重复问题

问题描述：在使用List时，可能会插入重复元素，而在使用Set时，可能会因为equals()和hashCode()方法未正确实现导致重复元素未被去重。
处理方法：
- 使用Set去重。
- 正确实现equals()和hashCode()方法。
避免方法：
- 如果需要去重，优先使用Set而不是List。

8. 集合排序问题

问题描述：在需要对集合排序时，如果未正确实现Comparable接口或未提供Comparator，可能会导致排序失败或异常。

处理方法：

实现Comparable接口或提供Comparator。

class Person implements Comparable<Person> {
    String name;
    int age;

    @Override
    public int compareTo(Person other) {
        return this.age - other.age;
    }
}

List<Person> list = new ArrayList<>();
Collections.sort(list); // 使用Comparable排序
Collections.sort(list, Comparator.comparing(Person::getName)); // 使用Comparator排序