Java集合：arraylist及java.util.ConcurrentModificationException
一 list：
上一篇整理了 Java 集合框架的的主要底层接口collection，本文继续整理它的子接口list。其它子接口见下图
官方文档： https://docs.oracle.com/javase/tutorial/collections/interfaces/list.html
一个 List 是一个元素有序的、可以重复、可以为 null 的集合。
Positional access — manipulates elements based on their numerical position in the list. This includes methods such as get, set, add, addAll, and remove.
Search — searches for a specified object in the list and returns its numerical position. Search methods include indexOf and lastIndexOf.
Iteration — extends Iterator semantics to take advantage of the list's sequential nature. The listIterator methods provide this behavior.
Range-view — The sublist method performs arbitrary range operations on the list.
The Java platform contains two general-purpose List implementations. ArrayList, which is usually the better-performing implementation, and LinkedList which offers better performance under certain circumstances.
位置相关：List 和 数组一样，都是从 0 开始，我们可以根据元素在 list 中的位置进行操作，比如说 get, set, add, addAll, remove;
搜索：从 list 中查找某个对象的位置，比如 indexOf, lastIndexOf;
迭代：使用 Iterator 的拓展版迭代器 ListIterator 进行迭代操作;
范围性操作：使用 subList 方法对 list 进行任意范围的操作。
The Java platform contains two general-purpose List implementations. ArrayList, which is usually the better-performing implementation, and LinkedList which offers better performance under certain circumstances.
jdk两种list的实现方式，arraylist基于数组，linklist基于链表。
二 arraylist 实现接口
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable2.1 实现RandomAccess
public interface RandomAccess {
}这是一个标记接口，一般此标记接口用于 List 实现，以表明它们支持快速（通常是恒定时间）的随机访问。该接口的主要目的是允许通用算法改变其行为，以便在应用于随机或顺序访问列表时提供良好的性能。
如果集合类是RandomAccess的实现，则尽量用for(int i = 0; i < size; i++) 来遍历而不要用Iterator迭代器来遍历，在效率上要差一些。反过来，如果List是linkedList，则最好用迭代器来进行迭代。看个demo：
public class TestRadomAccess {
// 初始化列表
public static void initList(List list, int n) {
for (int i = 0; i < n; i++) {
list.add(i);
}
}
// 使用循环进行对列表的迭代
public static void traverseWithLoop(List list) {
long starttime = 0;
long endtime = 0;
starttime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
list.get(i);
}
endtime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("使用loop迭代:" + (endtime - starttime) + "ms时间");
}
// 使用迭代器对列表进行迭代
public static void traverseWithIterator(List list) {
long starttime = 0;
long endtime = 0;
starttime = System.currentTimeMillis();
for (Iterator itr = list.iterator(); itr.hasNext();) {
itr.next();
}
endtime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("使用Iterator迭代:" + (endtime - starttime) + "ms时间");
}
public static void traverse(List list) {
long starttime = 0;
long endtime = 0;
if (list instanceof RandomAccess) {
System.out.println("该list实现了RandomAccess接口");
starttime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
list.get(i);
}
endtime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("迭代:" + (endtime - starttime) + "ms时间");
} else {
System.out.println("该list未实现RandomAccess接口");
starttime = System.currentTimeMillis();
for (Iterator itr = list.iterator(); itr.hasNext();) {
itr.next();
}
endtime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("迭代:" + (endtime - starttime) + "ms时间");
}
}
public static void main(String[] args) {
ArrayList arraylist = new ArrayList();
LinkedList linkedlist = new LinkedList();
initList(arraylist, 50000);
initList(linkedlist, 50000);
traverseWithIterator(arraylist);
traverseWithLoop(arraylist);
traverseWithIterator(linkedlist);
traverseWithLoop(linkedlist);
traverse(arraylist);
traverse(linkedlist);
}
}使用loop迭代:3ms时间
使用Iterator迭代:2ms时间
使用loop迭代:1169ms时间
该list实现了RandomAccess接口
迭代:1ms时间
该list未实现RandomAccess接口
迭代:3ms时间
2.2 实现了Cloneable接口
也是标记性接口，前面我们讲解深拷贝和浅拷贝的原理时，我们介绍了浅拷贝可以通过调用 Object.clone() 方法来实现，但是调用该方法的对象必须要实现 Cloneable 接口，否则会抛出 CloneNoSupportException异常。
2.3 实现 Serializable 接口
2.4 实现了List 接口
List 类集合的上层接口。
三 ArrayList属性和构造函数
//集合的默认大小
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//空的数组实例
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//这也是一个空的数组实例，和EMPTY_ELEMENTDATA空数组相比是用于了解添加元素时数组膨胀多少
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//存储 ArrayList集合的元素，集合的长度即这个数组的长度
//1、当 elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 时将会清空 ArrayList
//2、当添加第一个元素时，elementData 长度会扩展为 DEFAULT_CAPACITY=10
transient Object[] elementData;
//表示集合的长度
private int size;构造函数
/**
* Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
*/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}注释说的初始值是ten,其实是空。此无参构造函数将创建一个 DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA 声明的数组，注意此时初始容量是0。
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}四 方法
添加add
通过前面的字段属性和构造函数，我们知道 ArrayList 集合是由数组构成的，那么向 ArrayList 中添加元素，也就是向数组赋值。我们知道一个数组的声明是能确定大小的，而使用 ArrayList 时，好像是能添加任意多个元素，这就涉及到数组的扩容。
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {//minCapacity= 当前集合size+1
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);//取默认值10与minCapacity之间最大的值
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}在 ensureExplicitCapacity 方法中，首先对修改次数modCount加一，这里的modCount给ArrayList的迭代器使用的，在并发操作被修改时，提供快速失败行为（保证modCount在迭代期间不变，否则抛出ConcurrentModificationException异常），接着判断minCapacity是否大于当前ArrayList内部数组长度，大于的话调用grow方法对内部数组elementData扩容，grow方法代码如下：
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;//得到原始数组的长度
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//新数组长度是原数组的1.5倍
if (newCapacity - minCapacity < 0)//当新数组长度仍然比minCapacity小，则为保证最小长度，新数组等于minCapacity
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)//当得到的新数组长度比 MAX_ARRAY_SIZE 大时，调用 hugeCapacity 处理大数组
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}初始化默认长度是10
/**
* Default initial capacity.
*/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
上面代码oldCapacity >> 1 就是右移，相当于除以2.所以扩容后有可能溢出。
所以下面的就是做判断，结果就是将新容量更新为旧容量的1.5倍，
然后检查新容量是否大于最小需要容量，若还是小于最小需要容量，那么就把最小需要容量当作数组的新容量，
再检查新容量是否超出了ArrayList所定义的最大容量，若超出了，则调用hugeCapacity()来比较minCapacity和 MAX_ARRAY_SIZE，如果minCapacity大于最大容量，则新容量则为ArrayList定义的最大容量，否则，新容量大小则为 minCapacity。
最后是数组的拷贝，底层依赖于数组的 System.arraycopy。因为这里扩容很耗性能。所以最好是一开始就估算好list的大小。
删除remove
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);//检查给定索引的范围，超了异常
modCount++;//增加修改次数
E oldValue = elementData(index);//得到索引处的要删除元素
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)//转换一下为size - 1>index 即索引不是最后一个元素 System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);3 修改
通过调用 set(int index, E element) 方法在指定索引 index 处的元素替换为 element。并返回原数组的元素。
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);//判断索引合法性
E oldValue = elementData(index);//获得原数组指定索引的元素
elementData[index] = element;//将指定所引处的元素替换为 element
return oldValue;//返回原数组索引元素
}4 遍历
for循环就不介绍了，看下迭代器，有两种listIterator，Iterator
public ListIterator<E> listIterator() {
return new ListItr(0);
}
/**
* Returns an iterator over the elements in this list in proper sequence.
*
* <p>The returned iterator is <a href="#fail-fast"><i>fail-fast</i></a>.
*
* @return an iterator over the elements in this list in proper sequence
*/
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}private class Itr implements Iterator<E> {
int cursor; //游标， 下一个要返回的元素的索引
int lastRet = -1; // 返回最后一个元素的索引; 如果没有这样的话返回-1.
int expectedModCount = modCount;
//通过 cursor ！= size 判断是否还有下一个元素
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
checkForComodification();//迭代器进行元素迭代时同时进行增加和删除操作，会抛出异常
int i = cursor;
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;//游标向后移动一位
return (E) elementData[lastRet = i];//返回索引为i处的元素，并将 lastRet赋值为i
}
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.remove(lastRet);//调用ArrayList的remove方法删除元素
cursor = lastRet;//游标指向删除元素的位置，本来是lastRet+1的，这里删除一个元素，然后游标就不变了
lastRet = -1;//lastRet恢复默认值-1
expectedModCount = modCount;//expectedModCount值和modCount同步，因为进行add和remove操作，modCount会加1
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {//便于进行forEach循环
Objects.requireNonNull(consumer);
final int size = ArrayList.this.size;
int i = cursor;
if (i >= size) {
return;
}
final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
while (i != size && modCount == expectedModCount) {
consumer.accept((E) elementData[i++]);
}
// update once at end of iteration to reduce heap write traffic
cursor = i;
lastRet = i - 1;
checkForComodification();
}
//前面在新增元素add() 和 删除元素 remove() 时，我们可以看到 modCount++。修改set() 是没有的
//也就是说不能在迭代器进行元素迭代时进行增加和删除操作，否则抛出异常
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E> {
ListItr(int index) {
super();
cursor = index;
}
public boolean hasPrevious() {
return cursor != 0;
}
public int nextIndex() {
return cursor;
}
public int previousIndex() {
return cursor - 1;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E previous() {
checkForComodification();
int i = cursor - 1;
if (i < 0)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i;
return (E) elementData[lastRet = i];
}
public void set(E e) {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.set(lastRet, e);
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
public void add(E e) {
checkForComodification();
try {
int i = cursor;
ArrayList.this.add(i, e);
cursor = i + 1;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
}相比于 Iterator 迭代器，这里的 ListIterator 多出了能向前迭代，以及能够新增元素。
注意一点：在进行 next() 方法调用的时候，会进行 checkForComodification() 调用，该方法表示迭代器进行元素迭代时，如果同时进行增加和删除操作，会抛出 ConcurrentModificationException 异常。比如下面的例子
public class Manager {
static ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
static{
for (int i = 0; i < 2000; i++) {
list.add(Integer.valueOf(i));
}
}
public void modify(){
for (int i = 3000; i < 5000; i++) {
list.add(i);
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
}
public class ListTest {
public static void main(String[] args) {
Manager maneger = new Manager();
// 复现
// Iterator<Integer> iterator = arrayList.iterator();
// while (iterator.hasNext()) {
// Integer integer = iterator.next();
// if (integer.intValue() == 5) {
// iterator.remove();
// }
// }
Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("thread1 start");
ListIterator<Integer> iterator = Manager.list.listIterator();
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println("thread1 " + iterator.next().intValue());
}
}
});
thread1.start();
Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("thread2 start");
try {
Thread.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
maneger.modify();
}
});
thread2.start();
}
}但是线上偶发的会出现ConcurrentModificationException ，定位代码就是这里，所以模拟下读取的时候有修改的case。
输出结果：
thread1 53
thread2 start
thread1 54
thread1 55
thread1 56
thread1 57
thread1 58
thread1 59
thread1 60
Exception in thread "Thread-0" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:901)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:851)
at com.daojia.collect.ListTest$1.run(ListTest.java:26)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)5. 局部范围操作之sublist
public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);
}
static void subListRangeCheck(int fromIndex, int toIndex, int size) {
if (fromIndex < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException("fromIndex = " + fromIndex);
if (toIndex > size)
throw new IndexOutOfBoundsException("toIndex = " + toIndex);
if (fromIndex > toIndex)
throw new IllegalArgumentException("fromIndex(" + fromIndex +
") > toIndex(" + toIndex + ")");
}
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;
}这里需要注意的是subList 返回的扔是 List 原来的引用，只不过把开始位置 offset 和 size 改了下。所以对 subList 进行的操作也会影响到原有 List.原文注释有： The returned list is backed by this list, so non-structural * changes in the returned list are reflected in this list, and vice-versa. * The returned list supports all of the optional list operations.
举例测试:
package com.daojia.collect;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class ArrayListTest {
public static void main(String[] args) {
ArrayList l = new ArrayList();
l.add(1);
l.add(2);
l.add(3);
l.add(4);
List sub = l.subList(0, 2);
sub.clear();
System.out.println(l);
l.toArray();
}
}输出的是：[3,4]
算法：
-
sort— sorts aListusing a merge sort algorithm, which provides a fast, stable sort. (A stable sort is one that does not reorder equal elements.) -
shuffle— randomly permutes the elements in aList. -
reverse— reverses the order of the elements in aList. -
rotate— rotates all the elements in aListby a specified distance. -
swap— swaps the elements at specified positions in aList. -
replaceAll— replaces all occurrences of one specified value with another. -
fill— overwrites every element in aListwith the specified value. -
copy— copies the sourceListinto the destinationList. -
binarySearch— searches for an element in an orderedListusing the binary search algorithm. -
indexOfSubList— returns the index of the first sublist of oneListthat is equal to another. -
lastIndexOfSubList— returns the index of the last sublist of oneListthat is equal to another.
vector
Vector和ArrayList很像，都是基于数组实现的集合，它和ArrayList的主要区别在于
Vector是线程安全的，而ArrayList不是
由于Vector中的方法基本都是synchronized的，其性能低于ArrayList
Vector可以定义数组长度扩容的因子，ArrayList不能
vector比较古老了如果没有线程安全的需求，一般推荐使用 ArrayList。
protected int capacityIncrement;
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
capacityIncrement : oldCapacity);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}上一篇： 这些小工具让你的Android开发更高效
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