一口气带你踩完五个List的大坑，真的是处处坑啊！

  • Z时代
  • 2024-01-10
  • 分类：综合

编程

List 可谓是我们经常使用的集合类之一，几乎所有业务代码都离不开 List。既然天天在用，那就没准就会踩中这几个 List 常见坑。

今天我们就来总结这些常见的坑在哪里，捞自己一手，防止后续同学再继续踩坑。

本文设计知识点如下：

ArrayList 这是李逵，还是李鬼？

以前实习的时候，写过这样一段简单代码，通过 Arrays#asList 将数组转化为 List 集合。

这段代码表面看起来没有任何问题，编译也能通过，但是真正测试运行的时候将会在第 4 行抛出 UnsupportedOperationException。

刚开始很不解，Arrays#asList 返回明明也是一个 ArrayList，为什么添加一个元素就会报错？这以后还能好好新增元素吗？

最后通过 Debug 才发现这个Arrays#asList 返回的 ArrayList 其实是个李鬼，仅仅只是 Arrays 一个内部类，并非真正的 java.util.ArrayList。

通过 IDEA，生成这两个的类图，如下：

从上图我们发现，add/remove 等方法实际都成自 AbstractList，而 java.util.Arrays$ArrayList 并没有重写父类的方法。而父类方法恰恰都会抛出 UnsupportedOperationException。

这就是为什么这个李鬼 ArrayList 不支持的增删的实际原因。

你用你的新 List，为什么却还互相影响

李鬼 ArrayList 除了不支持增删操作这个坑以外，还存在另外一个大坑，改动内部元素将会同步影响原数组。

输出结果：

arrays:[modify_1, modify_2, 3]
list:[modify_1, modify_2, 3]

从日志输出可以看到，不管我们是修改原数组，还是新 List 集合，两者都会互相影响。

查看 java.util.Arrays$ArrayList 实现，我们可以发现底层实际使用了原始数组。

知道了实际原因，修复的办法也很简单，套娃一层 ArrayList 呗！

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(arrays));

不过这么写感觉十分繁琐，推荐使用 Guava Lists 提供的方法。

List<String> list = Lists.newArrayList(arrays);

通过上面两种方式，我们将新的 List 集合与原始数组解耦，不再互相影响，同时由于此时还是真正的 ArrayList，不用担心 add/remove报错了。

除了 Arrays#asList产生新集合与原始数组互相影响之外，JDK 另一个方法 List#subList 生成新集合也会与原始 List 互相影响。

我们来看一个例子：

日志输出结果：

integerList:[10, 20, 3]
subList:[10, 20]

查看 List#subList 实现方式，可以发现这个 SubList 内部有一个 parent 字段保存保存最原始 List 。

所有外部读写动作看起来是在操作 SubList ，实际上底层动作却都发生在原始 List 中，比如 add 方法：

另外由于 SubList 实际上还在引用原始 List，业务开发中，如果不注意，很可能产生 OOM 问题。

以下例子来自于极客时间：Java业务开发常见错误100例

private static List<List<Integer>> data = new ArrayList<>();
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));
    }
}

data 看起来最终保存的只是 1000 个具有 1 个元素的 List，不会占用很大空间。但是程序很快就会 OOM。

OOM 的原因正是因为每个 SubList 都强引用个一个 10 万个元素的原始 List，导致 GC 无法回收。

这里修复的办法也很简单，跟上面一样，也来个套娃呗，加一层 ArrayList 。

不可变集合，说好不变，你怎么就变了

为了防止 List 集合被误操作，我们可以使用 Collections#unmodifiableList 生成一个不可变（immutable）集合，进行防御性编程。

这个不可变集合只能被读取，不能做任何修改，包括增加，删除，修改，从而保护不可变集合的安全。

上面最后三行写操作都将会抛出 UnsupportedOperationException 异常

但是你以为这样就安全了吗？

如果有谁不小心改动原始 List，你就会发现这个不可变集合，竟然就变了。。。

上面单元测试结果将会全部通过，这就代表 Collections#unmodifiableList 产生不可变集合将会被原始 List 所影响。

查看 Collections#unmodifiableList 底层实现方法：

可以看到这跟上面 SubList 其实是同一个问题，新集合底层实际使用了原始 List。

由于不可变集合所有修改操作都会报错，所以不可变集合不会产生任何改动，所以并不影响的原始集合。但是防过来，却不行，原始 List 随时都有可能被改动，从而影响不可变集合。

可以使用如下两种方式防止上卖弄的情况。

使用 JDK9 List#of 方法。

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("one", "two", "three"));
List<String> unmodifiableList = List.of(list.toArray(new String[]{}));

使用 Guava immutable list

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("one", "two", "three"));
List<String> unmodifiableList = ImmutableList.copyOf(list);

相比而言 Guava 方式比较清爽，使用也比较简单，推荐使用 Guava 这种方式生成不可变集合。

foreach 增加/删除元素大坑

先来看一段代码：

String[] arrays = {"1", "2", "3"};
List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(arrays));
for (String str : list) {
    if (str.equals("1")) {
        list.remove(str);
    }
}

上面的代码我们使用 foreach 方式遍历 List 集合，如果符合条件，将会从集合中删除改元素。

这个程序编译正常，但是运行时，程序将会发生异常，日志如下：

java.util.ConcurrentModificationException
	at java.base/java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:939)
	at java.base/java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:893)

可以看到程序最终错误是由 ArrayList$Itr.next 处的代码抛出，但是代码中我们并没有调用该方法，为什么会这样?

实际是因为 foreach 这种方式实际上 Java 给我们提供的一种语法糖，编译之后将会变为另一种方式。

我们将上面的代码产生 class 文件反编来看下最后代码长的啥样。

可以看到 foreach 这种方式实际就是 Iterator 迭代器实现方式，这就是为什么 foreach 被遍历的类需要实现 Iterator接口的原因。

接着我们来看下抛出异常方法：

expectedModCount 来源于 list#iterator 方法：

也就是说刚开始遍历循环的时候 expectedModCount==modCount，下面我们来看下 modCount。

modCount 来源于 ArrayList 的父类 AbstractList，可以用来记录 List 集合被修改的次数。

ArrayList#remove 之后将会使 modCount 加一，expectedModCount与 modCount 将会不相等，这就导致迭代器遍历时将会抛错。

modCount 计数操作将会交子类自己操作，ArrayList 每次修改操作（增、删）都会使 modCount 加 1。但是如 CopyOnWriteArrayList 并不会使用 modCount 计数。

所以 CopyOnWriteArrayList 使用 foreach 删除是安全的，但是还是建议使用如下两种删除元素，统一操作。

修复的办法有两种：

使用 Iterator#remove 删除元素

JDK1.8 List#removeIf

推荐使用 JDK1.8 这种方式，简洁明了。

思考

如果我将上面 foreach 代码判断条件简单修改一下：

运行这段代码，可以发现这段代码又不会报错了，有没有很意外？

感兴趣的同学可以自行研究源码，或者直接查看 @why技术的文章：

总结

第一，我们不要先入为主，想当然就认为 Arrays.asList 和 List.subList 就是一个普通，独立的 ArrayList。

如果没办法，使用了 Arrays.asList 和 List.subList ，返回给其他方法的时候，一定要记得再套娃一层真正的 java.util.ArrayList。

第二 JDK 的提供的不可变集合实际非常笨重，并且低效，还不安全，所以推荐使用 Guava 不可变集合代替。

最后，切记，不要随便在 foreach增加/删除元素。

最后（求点赞，求关注）

你在 List 集合使用过程还踩过什么坑，欢迎留言讨论。

我是楼下小黑哥，我们下篇文章再见~

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