1、foreach遍历ArrayList过程中使用 add 和 remove

我们先来看看使用foreach遍历ArrayList过程中使用 add 和 remove 会出现什么样子的结果,然后再分析一下。
public static void main(String[] args) { List<Integer> list = new
ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 20; i++) { list.add(i); } for (Integer j :
list) { if (j.equals(3)) { list.remove(3); } System.out.println(j); } }
运行结果:
0 1 2 3 Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:911) at
java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:861) at test.Test.main(Test.java:12)
结果是出现了ConcurrentModificationException 异常,追踪下抛出异常的位置(ArrayList.java:911)
final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw
new ConcurrentModificationException(); }
这个地方告诉我们如果 modCount 不等于 expectedModCount
的时候,就会抛出这个异常信息,那么这两个参数都代表了什么东西呢?为什么不相等的时候,就会出现异常呢?

2、追根溯源

2.1、modCount是什么?

这时候就要让我们去看源码了,在我们点到这个变量的时候,就会有注释告诉我们了 modCount 是 AbstractList
类中的一个成员变量,该值表示对List的修改次数。

这时候我们来看看 remove 方法中是否对这个变量进行了增减。

大家可以看到,在 remove 的方法中,实际上只是对 modCount 进行了++,那 expectedModCount 又是个什么东西呢?

2.2、expectedModCount 是什么?

expectedModCount 是 ArrayList 中的一个内部类——Itr中的成员变量,我们来看下怎么又扯出个内部类Itr。

通过反编译可以发现foreach编译后内部是使用迭代器实现的。

 迭代器是通过list.iterator()实例化的,list.iterator()就返回了一个内部类Itr的对象,从源码中可以看到Itr实现了Iterator接口,同时声明了expectedModCount这个成员变量, expectedModCount
表示对ArrayList修改次数的期望值,它的初始值为 modCount。

2.3、熟悉的checkForComodification方法

从源码可以看到这个类的next和remove方法里面都调用了一个checkForComodification方法,看到checkForComodification是不是很熟悉,这不就是异常的抛出位置吗。

checkForComodification方法是通过判断modCount和expectedModCount是否相等来决定是否抛出并发修改异常。

2.4、流程回顾

通过查看编译后的class文件,可以看出大致流程如下:当j为3时,调用了remove方法,remove方法中修改了modCount值,然后再输出j值,再进入下一次循环,此时hasNext为true,进入循环体第一行代码,调用next方法,next方法再调用checkForComodification方法,然后发现expectedModCount和modCount不一致,最终抛出ConcurrentModificationException
异常。

 也就是说,expectedModCount 初始化为 modCount 了,但是后面 expectedModCount 没有修改,而在 remove 和
add 的过程中修改了modCount ,这就导致了执行的时候,通过 checkForComodification
方法来判断两个值是否相等,如果相等了,那么没问题,如果不相等,那就给你抛出一个异常来。

而这也就是我们通俗说起来的 fail-fast 机制,也就是快速检测失败机制。

3、避免fail-fast 机制

3.1、使用listIterator或iterator

fail-fast 机制也是可以避免的,比如再拿出来我们上面的代码
public static void main(String[] args) { List<Integer> list = new
ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 5; i++) { list.add(i); }
System.out.println("没有删除元素前"+list.toString()); // 迭代器使用listIterator和iterator均可
ListIterator<Integer> listIterator = list.listIterator();
while(listIterator.hasNext()){ Integer integer = listIterator.next();
if(integer==3){ listIterator.remove(); listIterator.add(9); } }
System.out.println("删除元素后"+list.toString()); }
 这样的话,你就发现是可以运行的,也是没有问题的,我们看运行结果:
没有删除元素前[0, 1, 2, 3, 4] 删除元素后[0, 1, 2, 9, 4]
 结果也是显而易见的,我们实现了在 foreach 中进行 add 和 remove 的操作.

这里有个注意点,迭代器使用listIterator和iterator均可,看源码可以知道 listIterator其实使用的ListItr内部类,ListItr是继承了Itr类的,同时自己封了一些方法,例如add,hasPrevious,previous等等。所以代码中的remove方法是Itr类的,add方法是ListItr类的

 listIterator和iterator区别:

* 使用范围不同,Iterator可以应用于所有的集合,Set、List和Map和这些集合的子类型。而ListIterator只能用于List及其子类型。
* ListIterator有add方法,可以向List中添加对象,而Iterator不能。
*
ListIterator和Iterator都有hasNext()和next()方法,可以实现顺序向后遍历,但是ListIterator有hasPrevious()和previous()方法,可以实现逆向(顺序向前)遍历。Iterator不可以。
* ListIterator可以定位当前索引的位置,nextIndex()和previousIndex()可以实现。Iterator没有此功能。
* 都可实现删除操作,但是ListIterator可以实现对象的修改,set()方法可以实现。Iterator仅能遍历,不能修改。
3.2、使用CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList 这个类也是能解决 fail-fast 的问题的,我们来试一下:
public static void main(String[] args) { CopyOnWriteArrayList<Integer> list =
new CopyOnWriteArrayList<>(); for (int i = 0; i < 5; i++) { list.add(i); }
System.out.println("没有删除元素前"+list.toString()); for (Integer integer : list) {
if(integer.equals(3)){ list.remove(3); list.add(9); } }
System.out.println("删除元素后"+list.toString()); }
 运行结果:
没有删除元素前[0, 1, 2, 3, 4] 删除元素后[0, 1, 2, 4, 9]
CopyOnWriteArrayList实现了对这个元素中间进行移除添加的操作,那么他的内部源码是怎么实现的,实际上很简单,复制

也就是他创建一个新的数组,再将旧的数组复制到新的数组上,但是为什么很少有人推荐这种做法,根本原因还是 复制

因为你使用了复制,那么就一定会出现有两个存储相同内容的空间,这样消耗了空间,最后进行 GC
的时候,那是不是也需要一些时间去清理他,所以个人不是很推荐,但是写出来的必要还是有的。

3.2.1、CopyOnWriteArrayList的add方法
public boolean add(E e) { // 可重入锁 final ReentrantLock lock = this.lock; // 获取锁
lock.lock(); try { // 元素数组 Object[] elements = getArray(); // 数组长度 int len =
elements.length; // 复制数组 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len +
1); // 存放元素e newElements[len] = e; // 设置数组 setArray(newElements); return true;
} finally { // 释放锁 lock.unlock(); } }
处理流程如下:

*
获取锁(保证多线程的安全访问),获取当前的Object数组,获取Object数组的长度为length,进入步骤②。

*

根据Object数组复制一个长度为length+1的Object数组为newElements(此时,newElements[length]为null),进入下一步骤。

*

将下标为length的数组元素newElements[length]设置为元素e,再设置当前Object[]为newElements,释放锁,返回。这样就完成了元素的添加。

3.2.2、CopyOnWriteArrayList的remove方法
public E remove(int index) { // 可重入锁 final ReentrantLock lock = this.lock; //
获取锁 lock.lock(); try { // 获取数组 Object[] elements = getArray(); // 数组长度 int len
= elements.length; // 获取旧值 E oldValue = get(elements, index); // 需要移动的元素个数 int
numMoved = len - index - 1; if (numMoved == 0) // 移动个数为0 // 复制后设置数组
setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1)); else { // 移动个数不为0 // 新生数组 Object[]
newElements = new Object[len - 1]; // 复制index索引之前的元素 System.arraycopy(elements,
0, newElements, 0, index); // 复制index索引之后的元素 System.arraycopy(elements, index +
1, newElements, index, numMoved); // 设置索引 setArray(newElements); } // 返回旧值
return oldValue; } finally { // 释放锁 lock.unlock(); } }
处理流程如下:

* 获取锁,获取数组elements,数组长度为length,获取索引的值elements[index],计算需要移动的元素个数(length -
index -
1),若个数为0,则表示移除的是数组的最后一个元素,复制elements数组,复制长度为length-1,然后设置数组,进入步骤③;否则,进入步骤②
* 先复制index索引前的元素,再复制index索引后的元素,然后设置数组。
* 释放锁,返回旧值。
注意

CopyOnWriteArrayList解决 fail-fast
的问题不是通过迭代器来remove或add元素的,而是通过list本身的remove和add方法,所以add的元素位置也不一样,迭代器是当前位置后面一个,CopyOnWriteArrayList是直接放到最后。

有想法的同学可以看看CopyOnWriteArrayList的listIterator和iterator,其实是一样的,都是返回的COWIterator内部类。

 在COWIterator内部类中是不支持remove、set、add操作的,至少我使用的jdk1.8是不支持,会直接抛出UnsupportedOperationException异常:

 先写到这儿,后面有空再补充。

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