一篇文章細數(shù)Java中List的10個坑
1 Arrays.asList轉(zhuǎn)換基本類型數(shù)組的坑
1.1 錯誤還原
在實際的業(yè)務開發(fā)中，我們通常會進行數(shù)組轉(zhuǎn)List的操作，通常我們會使用Arrays.asList來進行轉(zhuǎn)換
但是在轉(zhuǎn)換基本類型的數(shù)組的時候，卻出現(xiàn)轉(zhuǎn)換的結果和我們想象的不一致。
看代碼:
int[] arr = {1, 2, 3};
List list = Arrays.asList(arr);
System.out.println(list.size());
實際上，我們想要轉(zhuǎn)成的List應該是有三個對象而現(xiàn)在只有一個
public static List asList(T... a) {
return new ArrayList<>(a);
}
可以觀察到 asList方法 接收的是一個泛型T類型的參數(shù)，T繼承Object對象
所以通過斷點我們可以看到把 int數(shù)組 整體作為一個對象,返回了一個 List<int[]>
1.2 解決方案
方案一：Java8以上，利用Arrays.stream(arr).boxed()將裝箱為Integer數(shù)組
List collect = Arrays.stream(arr).boxed().collect(Collectors.toList()); System.out.println(collect.size()); System.out.println(collect.get(0).getClass()); // 3 // class java.lang.Integer
方案二：聲明數(shù)組的時候，聲明類型改為包裝類型
Integer[] integerArr = {1, 2, 3};
List integerList = Arrays.asList(integerArr);
System.out.println(integerList.size()); System.out.println(integerList.get(0).getClass());
// 3
// class java.lang.Integer
2 Arrays.asList返回的List不支持增刪操作
我們將數(shù)組對象轉(zhuǎn)成List數(shù)據(jù)結構之后，竟然不能進行增刪操作了
private static void asListAdd(){
String[] arr = {"1", "2", "3"};
List<String> strings = new ArrayList<>(Arrays.asList(arr));
arr[2] = "4";
System.out.println(strings.toString());
Iterator<String> iterator = strings.iterator();
while (iterator.hasNext()){
if ("4".equals(iterator.next())){
iterator.remove();
}
}
strings.forEach(val ->{
strings.remove("4");
strings.add("3");
});
System.out.println(Arrays.asList(arr).toString());
}
[1, 2, 4]
Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException at java.util.AbstractList.remove(AbstractList.java:161) at java.util.AbstractList$Itr.remove(AbstractList.java:374) at java.util.AbstractCollection.remove(AbstractCollection.java:293) at JavaBase.List.AsListTest.lambda$asListAdd$0(AsListTest.java:47) at java.util.Arrays$ArrayList.forEach(Arrays.java:3880) at JavaBase.List.AsListTest.asListAdd(AsListTest.java:46) at JavaBase.List.AsListTest.main(AsListTest.java:20)
初始化一個字符串數(shù)組，將字符串數(shù)組轉(zhuǎn)換為 List，在遍歷List的時候進行移除和新增的操作
拋出異常信息UnsupportedOperationException。
根據(jù)異常信息java.lang.UnsupportedOperationException，我們看到他是從AbstractList里面出來的，讓我們進入源碼一看究竟
我們在什么時候調(diào)用到了這個 AbstractList 呢？
其實 Arrays.asList(arr) 返回的 ArrayList 不是 java.util.ArrayList，而是 Arrays的內(nèi)部類
private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements RandomAccess, java.io.Serializable{
private static final long serialVersionUID = -2764017481108945198L;
private final E[] a;
ArrayList(E[] array) {
a = Objects.requireNonNull(array);
}
@Override
public E get(int index) {}
@Override
public E set(int index, E element) {...}
...
}
public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {
public boolean add(E e) {
add(size(), e);
return true;
}
public void add(int index, E element) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public E remove(int index) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
}
他是沒有實現(xiàn) AbstractList 中的 add() 和 remove() 方法,這里就很清晰了為什么不支持新增和刪除，因為根本沒有實現(xiàn)。
3 對原始數(shù)組的修改會影響到我們獲得的那個List
3.1 錯誤還原
一不小心修改了父List，卻影響到了子List，在業(yè)務代碼中，這會導致產(chǎn)生的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，嚴重的話會造成影響較大的生產(chǎn)問題。
第二個坑的源碼中，完成字符串數(shù)組轉(zhuǎn)換為List之后，
我們將字符串數(shù)組的第三個對象的值修改為4，但是很奇怪在打印List的時候，發(fā)現(xiàn)List也發(fā)生了變化。
public static <T> List<T> asList(T... a) {
return new ArrayList<>(a);
}
ArrayList(E[] array) {
a = Objects.requireNonNull(array);
}asList中創(chuàng)建了 ArrayList，但是他直接引用了原本的數(shù)組對象
所以只要原本的數(shù)組對象一發(fā)生變化，List也跟著變化
所以在使用到引用的時候，我們需要特別的注意。
3.2 解決方案
重新new一個新的 ArrayList 來裝返回的 List
List strings = new ArrayList<>(Arrays.asList(arr));
4 java.util.ArrayList如果不正確操作也不支持增刪操作
在第二個坑的時候，我們說到了 Arrays.asList 返回的 List 不支持增刪操作，
是因為他的自己實現(xiàn)了一個內(nèi)部類 ArrayList，這個內(nèi)部類繼承了 AbstractList 沒有實現(xiàn) add() 和 remove() 方法導致操作失敗。
但是第三個坑的時候，我們利用 java.util.ArrayList 包裝了返回的 List，進行增刪操作還是會失敗，那是為什么呢？
刪除方法邏輯：
在foreach中操作增刪，因為因為 modCount 會被修改，與第一步保存的數(shù)組修改次數(shù)不一致，拋出異常 ConcurrentModificationException
在正確操作是什么？總結了四種方式
5 ArrayList中的 subList 強轉(zhuǎn) ArrayList 導致異常
阿里《Java開發(fā)手冊》上提過
[強制] ArrayList的sublist結果不可強轉(zhuǎn)成ArrayList,否則會拋出ClassCastException
異常，即java.util.RandomAccesSubList cannot be cast to java.util.ArrayList.
說明: subList 返回的是ArrayList 的內(nèi)部類SubList, 并不是ArrayList ，而是
ArrayList的一個視圖，対于SubList子列表的所有操作最終會反映到原列表上。
private static void subListTest(){
List<String> names = new ArrayList<String>() {{
add("one");
add("two");
add("three");
}};
ArrayList strings = (ArrayList) names.subList(0, 1);
System.out.println(strings.toString());
}
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.util.ArrayList$SubList cannot be cast to java.util.ArrayList
問題是有八九就是出現(xiàn)在subList這個方法上了
private class SubList extends AbstractList<E> implements RandomAccess {
private final AbstractList<E> parent;
private final int parentOffset;
private final int offset;
int size;
SubList(AbstractList<E> parent,
int offset, int fromIndex, int toIndex) {
this.parent = parent;
this.parentOffset = fromIndex;
this.offset = offset + fromIndex;
this.size = toIndex - fromIndex;
this.modCount = ArrayList.this.modCount;
}
}
其實 SubList 是一個繼承 AbstractList 的內(nèi)部類，在 SubList 的構建函數(shù)中的將 List 中的部分屬性直接賦予給自己
SubList 沒有創(chuàng)建一個新的 List，而是直接引用了原來的 List(this.parent = parent)，指定了元素的范圍
所以 subList 方法不能直接轉(zhuǎn)成 ArrayList，他只是ArrayList的內(nèi)部類，沒有其他的關系
因為是引用的關系，所以在這里也需要特別的注意，如果對原來的List進行修改，會對產(chǎn)生的 subList結果產(chǎn)生影響。
List<String> names = new ArrayList<String>() {{
add("one");
add("two");
add("three");
}};
List strings = names.subList(0, 1);
strings.add(0, "ongChange");
System.out.println(strings.toString());
System.out.println(names.toString());
[ongChange, one]
[ongChange, one, two, three]
對subList產(chǎn)生的List做出結構型修改，操作會反應到原來的List上，ongChange也添加到了names中
如果修改原來的List則會拋出異常ConcurrentModificationException
List<String> names = new ArrayList<String>() {{
add("one");
add("two");
add("three");
}};
List strings = names.subList(0, 1);
names.add("four");
System.out.println(strings.toString());
System.out.println(names.toString());
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
原因：
subList的時候記錄this.modCount為3
原來的List插入了一個新元素，導致this.modCount不第一次保存的不一致則拋出異常
解決方案：在操作SubList的時候，new一個新的ArrayList來接收創(chuàng)建subList結果的拷貝
List strings = new ArrayList(names.subList(0, 1));
6 ArrayList中的subList切片造成OOM
6.1 問題還原
在業(yè)務開發(fā)中的時候，他們經(jīng)常通過subList來獲取所需要的那部分數(shù)據(jù)
在上面的例子中，我們知道了subList所產(chǎn)生的List，其實是對原來List對象的引用
這個產(chǎn)生的List只是原來List對象的視圖，也就是說雖然值切片獲取了一小段數(shù)據(jù)，但是原來的List對象卻得不到回收，這個原來的List對象可能是一個很大的對象
為了方便我們測試，將vm調(diào)整一下 -Xms20m -Xmx40m
private static void subListOomTest(){
IntStream.range(0, 1000).forEach(i ->{
List<Integer> collect = IntStream.range(0, 100000).boxed().collect(Collectors.toList());
data.add(collect.subList(0, 1));
});
}}
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space出現(xiàn)OOM的原因，循環(huán)1000次創(chuàng)建了1000個具有10萬個元素的List
因為始終被collect.subList(0, 1)強引用，得不到回收
6.2 解決方案
1.在subList方法返回SubList，重新使用new ArrayList，來構建一個獨立的ArrayList
List list = new ArrayList<>(collect.subList(0, 1));
2.利用Java8的Stream中的skip和limit來達到切片的目的
List list = collect.stream().skip(0).limit(1).collect(Collectors.toList());
在這里我們可以看到，只要用一個新的容器來裝結果，就可以切斷與原始List的關系
7 LinkedList的插入速度不一定比ArrayList快
學習數(shù)據(jù)結構的時候，我們就已經(jīng)得出了結論
●對于數(shù)組，隨機元素訪問的時間復雜度是0(1)， 元素插入操作是O(n);
●對于鏈表，隨機元素訪問的時間復雜度是O(n), 元素插入操作是0(1).
元素插入對于鏈表來說應該是他的優(yōu)勢
但是他就一定比數(shù)組快? 我們執(zhí)行插入1000w次的操作
private static void test(){
StopWatch stopWatch = new StopWatch();
int elementCount = 100000;
stopWatch.start("ArrayList add");
List<Integer> arrayList = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(ArrayList::new));
// ArrayList插入數(shù)據(jù)
IntStream.rangeClosed(0, elementCount).forEach(i ->arrayList.add(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount), 1));
stopWatch.stop();
stopWatch.start("linkedList add");
List<Integer> linkedList = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(LinkedList::new));
// ArrayList插入數(shù)據(jù)
IntStream.rangeClosed(0, elementCount).forEach(i -> linkedList.add(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount), 1));
stopWatch.stop();
System.out.println(stopWatch.prettyPrint());
}
StopWatch '': running time = 44507882 ns
---------------------------------------------
ns % Task name
---------------------------------------------
043836412 098% elementCount 100 ArrayList add
000671470 002% elementCount 100 linkedList add
StopWatch '': running time = 196325261 ns
---------------------------------------------
ns % Task name
---------------------------------------------
053848980 027% elementCount 10000 ArrayList add
142476281 073% elementCount 10000 linkedList add
StopWatch '': running time = 26384216979 ns
---------------------------------------------
ns % Task name
---------------------------------------------
978501580 004% elementCount 100000 ArrayList add
25405715399 096% elementCount 100000 linkedList add
看到在執(zhí)行插入1萬、10完次操作的時候，LinkedList的插入操作時間是 ArrayList的兩倍以上
那問題主要就是出現(xiàn)在linkedList的 add()方法上
public void add(int index, E element) {
checkPositionIndex(index);
if (index == size)
linkLast(element);
else
linkBefore(element, node(index));
}
/**
* Returns the (non-null) Node at the specified element index.
*/
Node<E> node(int index) {
// assert isElementIndex(index);
if(index < (size >> 1)) {
Node<E> x = first;
for (int i = 0; i < index; i++)
x = x.next;
return x;
} else {
Node<E> x = last;
for (int i = size - 1; i > index; i--)
x = x.prev;
return x;
}
}
linkedList的 add()方法主要邏輯
通過遍歷找到那個節(jié)點的Node
執(zhí)行插入操作
ArrayList的 add()方法
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
- 計算最小容量
- 最小容量大于數(shù)組對象，則進行擴容
- 進行數(shù)組復制,根據(jù)插入的index將數(shù)組向后移動一位
- 最后在空位上插入新值
根據(jù)試驗的測試，我們得出了在實際的隨機插入中，LinkedList并沒有比ArrayList的速度快
所以在實際的使用中，如果涉及到頭尾對象的操作，可以使用LinkedList數(shù)據(jù)結構來進行增刪的操作，發(fā)揮LinkedList的優(yōu)勢
最好再進行實際的性能測試評估，來得到最合適的數(shù)據(jù)結構。
8 CopyOnWriteArrayList內(nèi)存占用過多
CopyOnWrite，顧名思義就是寫的時候會將共享變量新復制一份出來，這樣做的好處是讀操作完全無鎖。
CopyOnWriteArrayList的add()方法
public boolean add(E e) {
// 獲取獨占鎖
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 獲取array
Object[] elements = getArray();
// 復制array到新數(shù)組，添加元素到新數(shù)組
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
newElements[len] = e;
// 替換數(shù)組
setArray(newElements);
return true;
} finally {
// 釋放鎖
lock.unlock();
}
}
CopyOnWriteArrayList 內(nèi)部維護了一個數(shù)組，成員變量 array 就指向這個內(nèi)部數(shù)組，所有的讀操作都是基于新的array對象進行的。
因為上了獨占鎖，所以如果多個線程調(diào)用add()方法只有一個線程會獲得到該鎖，其他線程被阻塞，知道鎖被釋放， 由于加了鎖，所以整個操作的過程是原子性操作
CopyOnWriteArrayList 會將 新的array復制一份，然后在新復制處理的數(shù)組上執(zhí)行增加元素的操作，執(zhí)行完之后再將復制的結果指向這個新的數(shù)組。
由于每次寫入的時候都會對數(shù)組對象進行復制，復制過程不僅會占用雙倍內(nèi)存，還需要消耗 CPU 等資源，所以當列表中的元素比較少的時候，這對內(nèi)存和 GC 并沒有多大影響，但是當列表保存了大量元素的時候，
對 CopyOnWriteArrayList 每一次修改，都會重新創(chuàng)建一個大對象，并且原來的大對象也需要回收，這都可能會觸發(fā) GC，如果超過老年代的大小則容易觸發(fā)Full GC，引起應用程序長時間停頓。
9 CopyOnWriteArrayList是弱一致性的
public Iterator<E> iterator() {
return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
}
static final class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {
/** Snapshot of the array */
private final Object[] snapshot;
/** Index of element to be returned by subsequent call to next. */
private int cursor;
private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
cursor = initialCursor;
snapshot = elements;
}
public boolean hasNext() {
return cursor < snapshot.length;
}
public boolean hasPrevious() {
return cursor > 0;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
if (! hasNext())
throw new NoSuchElementException();
return (E) snapshot[cursor++];
}
調(diào)用iterator方法獲取迭代器返回一個COWIterator對象
COWIterator的構造器里主要是 保存了當前的list對象的內(nèi)容和遍歷list時數(shù)據(jù)的下標。
snapshot是list的快照信息，因為CopyOnWriteArrayList的讀寫策略中都會使用getArray()來獲取一個快照信息，生成一個新的數(shù)組。
所以在使用該迭代器元素時，其他線程對該lsit操作是不可見的，因為操作的是兩個不同的數(shù)組所以造成弱一致性。
private static void CopyOnWriteArrayListTest(){
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList();
list.add("test1");
list.add("test2");
list.add("test3");
list.add("test4");
Thread thread = new Thread(() -> {
System.out.println(">>>> start");
list.add(1, "replaceTest");
list.remove(2);
});
// 在啟動線程前獲取迭代器
Iterator<String> iterator = list.iterator();
thread.start();
try {
// 等待線程執(zhí)行完畢
thread.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
while (iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
>>>> start
test1
test2
test3
test4
上面的demo中在啟動線程前獲取到了原來list的迭代器，
在之后啟動新建一個線程，在線程里面修改了第一個元素的值，移除了第二個元素
在執(zhí)行完子線程之后，遍歷了迭代器的元素，發(fā)現(xiàn)子線程里面操作的一個都沒有生效，這里提現(xiàn)了迭代器弱一致性。
10 CopyOnWriteArrayList的迭代器不支持增刪改
private static void CopyOnWriteArrayListTest(){
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
list.add("test1");
list.add("test2");
list.add("test3");
list.add("test4");
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()){
if ("test1".equals(iterator.next())){
iterator.remove();
}
}
System.out.println(list.toString());
}
Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
at java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList$COWIterator.remove(CopyOnWriteArrayList.java:1178)
CopyOnWriteArrayList 迭代器是只讀的，不支持增刪操作
CopyOnWriteArrayList迭代器中的 remove()和 add()方法，沒有支持增刪而是直接拋出了異常
因為迭代器遍歷的僅僅是一個快照，而對快照進行增刪改是沒有意義的。
/**
* Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
* @throws UnsupportedOperationException always; {@code remove}
* is not supported by this iterator.
*/
public void remove() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
/**
* Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
* @throws UnsupportedOperationException always; {@code set}
* is not supported by this iterator.
*/
public void set(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
/**
* Not supported. Always throws UnsupportedOperationException.
* @throws UnsupportedOperationException always; {@code add}
* is not supported by this iterator.
*/
public void add(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
11 總結
由于篇幅的限制，我們只對一些在業(yè)務開發(fā)中常見的關鍵點進行梳理和介紹
在實際的工作中，我們不單單是要清除不同類型容器的特性，還要選擇適合的容器才能做到事半功倍。
我們主要介紹了Arrays.asList轉(zhuǎn)換過程中的一些坑，以及因為操作不當造成的OOM和異常，
到最后介紹了線程安全類CopyOnWriteArrayList的一些坑，讓我們認識到在豐富的API下藏著許多的陷阱。
在使用的過程中，需要更加充分的考慮避免這些隱患的發(fā)生。
最后一張思維導圖來回顧一下~
到此這篇關于Java中List的10個坑的文章就介紹到這了,更多相關Java中List坑內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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