集合类:坑满地的 List 列表操作

Pascal 之父尼克劳斯 · 维尔特(Niklaus Wirth),曾提出一个著名公式“程序= 数据结构 + 算法”。由此可见,数据结构的重要性。常见的数据结构包括 List、Set、Map、Queue、Tree、Graph、Stack 等,其中 List、Set、Map、Queue 可以从广义上统称为集合类数据结构。

现代编程语言一般都会提供各种数据结构的实现,供我们开箱即用。Java 也是一样,比如提供了集合类的各种实现。Java 的集合类包括 Map 和 Collection 两大类。Collection 包括 List、Set 和 Queue 三个小类,其中 List 列表集合是最重要也是所有业务代码都会用到的。所以,今天我会重点介绍 List 的内容,而不会集中介绍 Map 以及 Collection 中其他小类的坑。

今天,我们就从把数组转换为 List 集合、对 List 进行切片操作、List 搜索的性能问题等几个方面着手,来聊聊其中最可能遇到的一些坑。

使用 Arrays.asList 把数据转换为 List 的三个坑

Java 8 中 Stream 流式处理的各种功能,大大减少了集合类各种操作(投影、过滤、转换)的代码量。所以,在业务开发中,我们常常会把原始的数组转换为 Lis 类数据结构,来继续展开各种 Stream 操作。

你可能也想到了,使用 Arrays.asList 方法可以把数组一键转换为 List,但其实没这么简单。接下来,就让我们看看其中的缘由,以及使用 Arrays.asList 把数组转换为 List 的几个坑。

在如下代码中,我们初始化三个数字的 int[]数组,然后使用 Arrays.asList 把数组转换为 List:

int[] arr = {1, 2, 3};
List list = Arrays.asList(arr);
log.info("list:{} size:{} class:{}", list, list.size(), list.get(0).getClass());

但,这样初始化的 List 并不是我们期望的包含 3 个数字的 List。通过日志可以发现,这个 List 包含的其实是一个 int 数组,整个 List 的元素个数是 1,元素类型是整数数组。

list:[[I@47f6473] size:1 class:class [I

其原因是,只能是把 int 装箱为 Integer,不可能把 int 数组装箱为 Integer 数组。我们知道,Arrays.asList 方法传入的是一个泛型 T 类型可变参数,最终 int 数组整体作为了一个对象成为了泛型类型 T;

public static<T> List<T> asList(T... a){
	return new ArrayList<>(a);
}

直接遍历这样的 List 必然会出现 Bug,修复方式有两种,如果使用 Java8 以上版本可以使用 Arrays.stream 方法来转换,否则可以把 int 数组声明为包装类型 Integer 数组:

int[] arr1 = {1, 2, 3};
List list1 = Arrays.stream(arr1).boxed().collect(Collectors.toList());
log.info("list:{} size:{} class:{}", list1, list1.size(), list1.get(0).getClass());

Integer[] arr2 = {1, 2, 3};
List list2 = Arrays.asList(arr2);
log.info("list:{} size:{} class:{}", list2, list2.size(), list2.get(0).getClass());

修复后的代码得到如下日志,可以看到 List 具有三个元素,元素类型是 Integer:

list:[1, 2, 3] size:3 class:class java.lang.Integer
list:[1, 2, 3] size:3 class:class java.lang.Integer

可以看到第一个坑是,不能直接使用 Arrays.asList 来转换基本类型数组。那么,我们获得了正确的 List,是不是就可以像普通的 List 那样使用了呢?我们继续往下看。

把三个字符串 1、2、3 构成的字符串数组,使用 Arrays.asList 转换为 List 后,将原始字符串数组的第二个字符修改为 4,然后为 List 增加一个字符串 5,最后数组和 List 会是怎样呢?

String[] arr = {"1", "2", "3"};
List list = Arrays.asList(arr);
arr[1] = "4";
try {
	list.add("5");
} catch (Exception ex) {
	ex.printStackTrace();
}
log.info("arr:{} list:{}", Arrays.toString(arr), list);
list:[1, 4, 3] size:3 class:class java.lang.String
java.lang.UnsupportedOperationException
	at java.util.AbstractList.add(AbstractList.java:148)
	at java.util.AbstractList.add(AbstractList.java:108)
	at javaprogramming.commonmistakes.equals.equalitymethod.CommonMistakesApplication.main(CommonMistakesApplication.java:38)

这里,又引出了两个坑。

第二个坑,Arrays.asList 返回的 List 不支持增删操作。Arrays.asList 返回的 List 并不是我们期望的 java.util.ArrayList,而是 Arrays 的内部类 ArrayList。ArrayList 内部类继承自 AbstractList 类,并没有覆写父类的 add 方法,而父类中 add 方法的实现,就是抛出 UnsupportedOperationException。相关源码如下所示:

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 int size() {
            return a.length;
        }

        @Override
        public Object[] toArray() {
            return a.clone();
        }

        @Override
        @SuppressWarnings("unchecked")
        public <T> T[] toArray(T[] a) {
            int size = size();
            if (a.length < size)
                return Arrays.copyOf(this.a, size,
                                     (Class<? extends T[]>) a.getClass());
            System.arraycopy(this.a, 0, a, 0, size);
            if (a.length > size)
                a[size] = null;
            return a;
        }

        @Override
        public E get(int index) {
            return a[index];
        }

        @Override
        public E set(int index, E element) {
            E oldValue = a[index];
            a[index] = element;
            return oldValue;
        }

        @Override
        public int indexOf(Object o) {
            E[] a = this.a;
            if (o == null) {
                for (int i = 0; i < a.length; i++)
                    if (a[i] == null)
                        return i;
            } else {
                for (int i = 0; i < a.length; i++)
                    if (o.equals(a[i]))
                        return i;
            }
            return -1;
        }

        @Override
        public boolean contains(Object o) {
            return indexOf(o) != -1;
        }

        @Override
        public Spliterator<E> spliterator() {
            return Spliterators.spliterator(a, Spliterator.ORDERED);
        }

        @Override
        public void forEach(Consumer<? super E> action) {
            Objects.requireNonNull(action);
            for (E e : a) {
                action.accept(e);
            }
        }

        @Override
        public void replaceAll(UnaryOperator<E> operator) {
            Objects.requireNonNull(operator);
            E[] a = this.a;
            for (int i = 0; i < a.length; i++) {
                a[i] = operator.apply(a[i]);
            }
        }

        @Override
        public void sort(Comparator<? super E> c) {
            Arrays.sort(a, c);
        }
    }

第三个坑,对原始数组的修改会影响到我们获得的那个 List。看一下 ArrayList 的实现,可以发现 ArrayList 其实是直接使用了原始的数组。所以,我们要特别小心,把通过 Arrays.asList 获得的 List 交给其他方法处理,很容易因为共享了数组,相互修改产生 Bug。

修复方式比较简单,重新 new 一个 ArrayList 初始化 Arrays.asList 返回的 List 即可:

String[] arr = {"1", "2", "3"};
List list = new ArrayList(Arrays.asList(arr));
arr[1] = "4";
try {
    list.add("5");
} catch (Exception ex) {
    ex.printStackTrace();
}
log.info("arr:{} list:{}", Arrays.toString(arr), list);

修改后的代码实现了原始数组和 List 的“解耦”,不再相互影响。同时,因为操作的是真正的 ArrayList,add 也不再出错;

使用 List.subList 进行切片操作居然会导致 OOM?

业务开发时常常要对 List 做切片处理,即取出其中部分元素构成一个新的 List,我们通常会想到使用 List.subList 方法。但,和 Arrays.asList 的问题类似,List.subList 返回的子

List 不是一个普通的 ArrayList。这个子 List 可以认为是原始 List 的视图,会和原始 List 相互影响。如果不注意,很可能会因此产生 OOM 问题。接下来,我们就一起分析下其中的坑。

如下代码所示,定义一个名为 data 的静态 List 来存放 Integer 的 List,也就是说 data 的成员本身是包含了多个数字的 List。循环 1000 次,每次都从一个具有 10 万个 Integer 的 List 中,使用 subList 方法获得一个只包含一个数字的子 List,并把这个子 List 加入 data 变量:

private static void oom() {
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        List<Integer> rawList = IntStream.rangeClosed(1, 100000).boxed().collect(Collectors.toList());
        data.add(rawList.subList(0, 1));
    }
}

你可能会觉得,这个 data 变量里面最终保存的只是 1000 个具有 1 个元素的 List,不会占用很大空间,但程序运行不久就出现了 OOM:

出现 OOM 的原因是,循环中的 1000 个具有 10 万个元素的 List 始终得不到回收,因为它始终被 subList 方法返回的 List 强引用。 那么,返回的子 List 为什么会强引用原始的 List,它们又有什么关系呢?我们再继续做实验观察一下这个子 List 的特性。

首先初始化一个包含数字 1 到 10 的 ArrayList,然后通过调用 subList 方法取出 2、3、4;随后删除这个 SubList 中的元素数字 3,并打印原始的 ArrayList;最后为原始的 ArrayList 增加一个元素数字 0,遍历 SubList 输出所有元素:

List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, 10).boxed().collect(Collectors.toList());
List<Integer> subList = list.subList(1, 4);
System.out.println(subList);
subList.remove(1);
System.out.println(list);
list.add(0);
try {
    subList.forEach(System.out::println);
} catch (Exception ex) {
    ex.printStackTrace();
}

运行结果如下:

[2, 3, 4]
[1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$SubList.checkForComodification(ArrayList.java:1241)
at java.util.ArrayList$SubList.listIterator(ArrayList.java:1101)
at java.util.AbstractList.listIterator(AbstractList.java:299)
at java.util.ArrayList$SubList.iterator(ArrayList.java:1097)
at java.lang.Iterable.forEach(Iterable.java:74)
at javaprogramming.commonmistakes.equals.equalitymethod.CommonMistakesApplication.main(CommonMistakesApplication.java:32)

可以看到两个现象:

  • 原始 List 中数字 3 被删除了,说明删除子 List 中的元素影响到了原始 List;

  • 尝试为原始 List 增加数字 0 之后再遍历子 List,会出现 ConcurrentModificationException。

我们分析下 ArrayList 的源码,看看为什么会是这样。

第一,ArrayList 维护了一个叫作 modCount 的字段,表示集合结构性修改的次数。所谓结构性修改,指的是影响 List 大小的修改,所以 add 操作必然会改变 modCount 的值。

第二,分析第 21 到 24 行的 subList 方法可以看到,获得的 List 其实是内部类 SubList,并不是普通的 ArrayList,在初始化的时候传入了 this。

第三,分析第 26 到 39 行代码可以发现,这个 SubList 中的 parent 字段就是原始的 List。SubList 初始化的时候,并没有把原始 List 中的元素复制到独立的变量中保存。我们可以认为 SubList 是原始 List 的视图,并不是独立的 List。双方对元素的修改会相互影响,而且 SubList 强引用了原始的 List,所以大量保存这样的 SubList 会导致 OOM。

第四,分析第 47 到 55 行代码可以发现,遍历 SubList 的时候会先获得迭代器,比较原始 ArrayList modCount 的值和 SubList 当前 modCount 的值。获得了 SubList 后,我们为原始 List 新增了一个元素修改了其 modCount,所以判等失败抛出 ConcurrentModificationException 异常。

既然 SubList 相当于原始 List 的视图,那么避免相互影响的修复方式有两种:

  • 一种是,不直接使用 subList 方法返回的 SubList,而是重新使用 new ArrayList,在构造方法传入 SubList,来构建一个独立的 ArrayList;

    List<Integer> subList = new ArrayList<>(list.subList(1, 4));

  • 另一种是,对于 Java 8 使用 Stream 的 skip 和 limit API 来跳过流中的元素,以及限制流中元素的个数,同样可以达到 SubList 切片的目的。

    List<Integer> subList = list.stream().skip(1).limit(3).collect(Collectors.toList());

一定要让合适的数据结构做合适的事情

在介绍并发工具时,我提到要根据业务场景选择合适的并发工具或容器。在使用 List 集合类的时候,不注意使用场景也会遇见两个常见误区。

第一个误区是,使用数据结构不考虑平衡时间和空间。

首先,定义一个只有一个 int 类型订单号字段的 Order 类:

    @Data
    @NoArgsConstructor
    @AllArgsConstructor
    static class Order {
        private int orderId;
    }

然后,定义一个包含 elementCount 和 loopCount 两个参数的 listSearch 方法,初始化一个具有 elementCount 个订单对象的 ArrayList,循环 loopCount 次搜索这个 ArrayList,每次随机搜索一个订单号:

    private static Object listSearch(int elementCount, int loopCount) {
        List<Order> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).mapToObj(i -> new Order(i)).collect(Collectors.toList());
        IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> {
            int search = ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount);
            Order result = list.stream().filter(order -> order.getOrderId() == search).findFirst().orElse(null);
            Assert.assertTrue(result != null && result.getOrderId() == search);
        });
        return list;
    }

随后,定义另一个 mapSearch 方法,从一个具有 elementCount 个元素的 Map 中循环 loopCount 次查找随机订单号。Map 的 Key 是订单号,Value 是订单对象:

    private static Object mapSearch(int elementCount, int loopCount) {
        Map<Integer, Order> map = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toMap(Function.identity(), i -> new Order(i)));
        IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> {
            int search = ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount);
            Order result = map.get(search);
            Assert.assertTrue(result != null && result.getOrderId() == search);
        });
        return map;
    }

我们知道,搜索 ArrayList 的时间复杂度是 O(n),而 HashMap 的 get 操作的时间复杂度是 O(1)。所以,要对大 List 进行单值搜索的话,可以考虑使用 HashMap,其中 Key 是要搜索的值,Value 是原始对象,会比使用 ArrayList 有非常明显的性能优势。

如下代码所示,对 100 万个元素的 ArrayList 和 HashMap,分别调用 listSearch 和 mapSearch 方法进行 1000 次搜索:

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        int elementCount = 1000000;
        int loopCount = 1000;
        StopWatch stopWatch = new StopWatch();
        stopWatch.start("listSearch");
        Object list = listSearch(elementCount, loopCount);
        System.out.println(ObjectSizeCalculator.getObjectSize(list));
        stopWatch.stop();
        stopWatch.start("mapSearch");
        Object map = mapSearch(elementCount, loopCount);
        stopWatch.stop();
        System.out.println(ObjectSizeCalculator.getObjectSize(map));
        System.out.println(stopWatch.prettyPrint());
        TimeUnit.HOURS.sleep(1);
    }

结果如下:

20861992
72388672
StopWatch '': running time = 2338360208 ns
---------------------------------------------
ns         %     Task name
---------------------------------------------
2249235292  096%  listSearch
089124916  004%  mapSearch

即使我们要搜索的不是单值而是条件区间,也可以尝试使用 HashMap 来进行“搜索性能优化”。如果你的条件区间是固定的话,可以提前把 HashMap 按照条件区间进行分组, Key 就是不同的区间。

的确,如果业务代码中有频繁的大 ArrayList 搜索,使用 HashMap 性能会好很多。类似,如果要对大 ArrayList 进行去重操作,也不建议使用 contains 方法,而是可以考虑使用 HashSet 进行去重。说到这里,还有一个问题,使用 HashMap 是否会牺牲空间呢?

为此,我们使用 ObjectSizeCalculator 工具打印 ArrayList 和 HashMap 的内存占用,可以看到 ArrayList 占用内存 21M,而 HashMap 占用的内存达到了 72M,是 List 的三倍多。进一步使用 MAT 工具分析堆可以再次证明,ArrayList 在内存占用上性价比很高,77% 是实际的数据(如第 1 个图所示,16000000/20861992),而 HashMap 的“含金量”只有 22% (如第 2 个图所示,16000000/72386640)。

image

所以,在应用内存吃紧的情况下,我们需要考虑是否值得使用更多的内存消耗来换取更高的性能。这里我们看到的是平衡的艺术,空间换时间,还是时间换空间,只考虑任何一个方面都是不对的。

第二个误区是,过于迷信教科书的大 O 时间复杂度。

数据结构中要实现一个列表,有基于连续存储的数组和基于指针串联的链表两种方式。在 Java 中,有代表性的实现是 ArrayList 和 LinkedList,前者背后的数据结构是数组,后者则是(双向)链表。

在选择数据结构的时候,我们通常会考虑每种数据结构不同操作的时间复杂度,以及使用场景两个因素。查看这里,你可以看到数组和链表大 O 时间复杂度的显著差异:

  • 对于数组,随机元素访问的时间复杂度是 O(1),元素插入操作是 O(n);
  • 对于链表,随机元素访问的时间复杂度是 O(n),元素插入操作是 O(1)。

那么,在大量的元素插入、很少的随机访问的业务场景下,是不是就应该使用 LinkedList 呢?接下来,我们写一段代码测试下两者随机访问和插入的性能吧。

定义四个参数一致的方法,分别对元素个数为 elementCount 的 LinkedList 和 ArrayList,循环 loopCount 次,进行随机访问和增加元素到随机位置的操作:

// LinkedList访问
private static void linkedListGet(int elementCount, int loopCount) {
    List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(LinkedList::new));
    IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> list.get(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount)));
}
// ArrayList访问
private static void arrayListGet(int elementCount, int loopCount) {
    List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(ArrayList::new));
    IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> list.get(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount)));
}
// LinkedList添加
private static void linkedListAdd(int elementCount, int loopCount) {
    List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(LinkedList::new));
    IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> list.add(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount), 1));
}
// ArrayList添加
private static void arrayListAdd(int elementCount, int loopCount) {
    List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, elementCount).boxed().collect(Collectors.toCollection(ArrayList::new));
    IntStream.rangeClosed(1, loopCount).forEach(i -> list.add(ThreadLocalRandom.current().nextInt(elementCount), 1));
}

测试代码如下,10 万个元素,循环 10 万次:

public static void main(String[] args) {
    int elementCount = 100000;
    int loopCount = 100000;
    StopWatch stopWatch = new StopWatch();
    stopWatch.start("linkedListGet");
    linkedListGet(elementCount, loopCount);
    stopWatch.stop();
    stopWatch.start("arrayListGet");
    arrayListGet(elementCount, loopCount);
    stopWatch.stop();
    System.out.println(stopWatch.prettyPrint());

    StopWatch stopWatch2 = new StopWatch();
    stopWatch2.start("linkedListAdd");
    linkedListAdd(elementCount, loopCount);
    stopWatch2.stop();
    stopWatch2.start("arrayListAdd");
    arrayListAdd(elementCount, loopCount);
    stopWatch2.stop();
    System.out.println(stopWatch2.prettyPrint());
}

运行结果可能会让你大跌眼镜。在随机访问方面,我们看到了 ArrayList 的绝对优势,耗时只有 11 毫秒,而 LinkedList 耗时 6.6 秒,这符合上面我们所说的时间复杂度;但,随机插入操作居然也是 LinkedList 落败,耗时 9.3 秒,ArrayList 只要 1.5 秒

StopWatch '': running time = 5718240292 ns
---------------------------------------------
ns         %     Task name
---------------------------------------------
5711625334  100%  linkedListGet
006614958  000%  arrayListGet

StopWatch '': running time = 21154430959 ns
---------------------------------------------
ns         %     Task name
---------------------------------------------
19865074334  094%  linkedListAdd
1289356625  006%  arrayListAdd

翻看 LinkedList 源码发现,插入操作的时间复杂度是 O(1) 的前提是,你已经有了那个要插入节点的指针。但,在实现的时候,我们需要先通过循环获取到那个节点的 Node,然后再执行插入操作。前者也是有开销的,不可能只考虑插入操作本身的代价:

    public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(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;
        }
    }

所以,对于插入操作,LinkedList 的时间复杂度其实也是 O(n)。继续做更多实验的话你会发现,在各种常用场景下,LinkedList 几乎都不能在性能上胜出 ArrayList。

讽刺的是,LinkedList 的作者约书亚 · 布洛克(Josh Bloch),在其推特上回复别人时说,虽然 LinkedList 是我写的但我从来不用,有谁会真的用吗?

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这告诉我们,任何东西理论上和实际上是有差距的,请勿迷信教科书的理论,最好在下定论之前实际测试一下。抛开算法层面不谈,由于 CPU 缓存、内存连续性等问题,链表这种数据结构的实现方式对性能并不友好,即使在它最擅长的场景都不一定可以发挥威力。

重点回顾

今天,我分享了若干和 List 列表相关的错误案例,基本都是由“想当然”导致的。

第一,想当然认为,Arrays.asList 和 List.subList 得到的 List 是普通的、独立的 ArrayList,在使用时出现各种奇怪的问题。

  • Arrays.asList 得到的是 Arrays 的内部类 ArrayList,List.subList 得到的是 ArrayList 的内部类 SubList,不能把这两个内部类转换为 ArrayList 使用。
  • Arrays.asList 直接使用了原始数组,可以认为是共享“存储”,而且不支持增删元素; List.subList 直接引用了原始的 List,也可以认为是共享“存储”,而且对原始 List 直接进行结构性修改会导致 SubList 出现异常。
  • 对 Arrays.asList 和 List.subList 容易忽略的是,新的 List 持有了原始数据的引用,可能会导致原始数据也无法 GC 的问题,最终导致 OOM。

第二,想当然认为,Arrays.asList 一定可以把所有数组转换为正确的 List。当传入基本类型数组的时候,List 的元素是数组本身,而不是数组中的元素。

第三,想当然认为,内存中任何集合的搜索都是很快的,结果在搜索超大 ArrayList 的时候遇到性能问题。我们考虑利用 HashMap 哈希表随机查找的时间复杂度为 O(1) 这个特性来优化性能,不过也要考虑 HashMap 存储空间上的代价,要平衡时间和空间。

第四,想当然认为,链表适合元素增删的场景,选用 LinkedList 作为数据结构。在真实场景中读写增删一般是平衡的,而且增删不可能只是对头尾对象进行操作,可能在 90% 的情况下都得不到性能增益,建议使用之前通过性能测试评估一下。

思考与讨论

最后,我给你留下与 ArrayList 在删除元素方面的坑有关的两个思考题吧。

  1. 调用类型是 Integer 的 ArrayList 的 remove 方法删除元素,传入一个 Integer 包装类的数字和传入一个 int 基本类型的数字,结果一样吗?

    传入的是基本类型的话就代表是 index,如果是 Integer 类型的对象代表的就是移除这个 Object

  2. 循环遍历 List,调用 remove 方法删除元素,往往会遇到 ConcurrentModificationException 异常,原因是什么,修复方式又是什么呢?

    在 Java 中,当你在一个循环(如 for-each 循环或迭代器的 next()方法)内部直接调用 List​ 的 remove()​ 方法删除元素时,可能会抛出 ConcurrentModificationException​ 异常。这个异常是由于 Java 集合类(如 ArrayList、LinkedList 等)实现了一种被称为“fail-fast”机制来检测并发修改。

    原因:

    1. 当遍历集合的同时进行修改(添加或删除元素),会导致集合的内部状态(比如 size 和 modCount 属性)与预期不一致。
    2. 在 Iterator 设计中,它维护了一个期望的修改次数(expectedModCount),每次迭代都会检查实际的修改次数(modCount)是否与期望值一致。如果不一致,则抛出异常以防止数据不一致性和潜在的错误结果。

    修复方式:

    1. 使用迭代器提供的 remove()​ 方法:在遍历过程中,如果你需要删除元素,应该使用迭代器的 remove()​ 方法,而不是集合本身的 remove()​ 方法。这样可以确保迭代器正确地更新其内部状态,并且不会触发 ConcurrentModificationException​ 异常。

      示例代码:

      Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
      while (iterator.hasNext()) {
          Integer item = iterator.next();
          if (item.equals(someConditionToRemove)) {
              iterator.remove(); // 使用迭代器安全地移除元素
          }
      }
      
    2. 如果你需要在多线程环境中同时读写列表,并且允许这样的并发修改,可以考虑使用 CopyOnWriteArrayList​ 类,该类对所有写操作都加锁,并在每次修改时创建一个内部数组的新副本来保证线程安全性,因此可以在遍历时并发地修改列表而不会抛出此异常。

    3. 对于非并发环境下的单线程操作,还可以选择在遍历之前复制一份集合(例如使用 Collections.copy()​ 或者 Stream API 的 .collect(Collectors.toList())​ 方法),然后遍历副本并根据需求修改原始集合,但这会增加额外的内存消耗。

  • Java

    Java 是一种可以撰写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言,是由 Sun Microsystems 公司于 1995 年 5 月推出的。Java 技术具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性。

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