Java源码解析ArrayList及ConcurrentModificationException

本文基于jdk1.8来分析ArrayList的源码

首先是主要的成员变量。

/**
* Default initial capacity.
**/
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
* Shared empty array instance used for empty instances.
**/
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
* distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
* first element is added.
**/
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
* The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
* The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
* empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
* will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
**/
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
/**
* The size of the ArrayList (the number of elements it contains).
*
* @serial
**/
private int size;

其中初始大小为10，size表示集合中元素的个数。此外，还有两个空数组EMPTY_ELEMENTDATA，和DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA。通过DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA的注释，我们可以了解到，这个变量区别于EMPTY_ELEMENTDATA，主要是为了决定第一个元素插入时，扩容多大的问题。从这里的描述可以理解到，ArrayList创建好后，其实并没有真正分配数组空间，而是在第一个元素插入时，才分配的空间。这一点是区别于jdk1.6的。在jdk1.6中，ArrayList一创建，数据空间就默认分配好了，10个或指定的空间。jdk1.8这么做，可以做到空间延迟分配，提高程序性能。

接下来看一下构造函数。

/**
* Constructs an empty list with an initial capacity of ten.
**/
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
/**
* Constructs an empty list with the specified initial capacity.
*
* @param initialCapacity the initial capacity of the list
* @throws IllegalArgumentException if the specified initial capacity
*     is negative
**/
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);
}
}

无参构造函数，将创建一个长度为0的空数组。

有参构造函数，参数大于0时正常创建数组，参数为0时，也是创建长度为0的数组。但它和无参构造函数创建的空数组是可以区别开的，它们使用了不同的对象。

接下来是插入元素add。

/**
* Appends the specified element to the end of this list.
*
* @param e element to be appended to this list
* @return <tt>true</tt> (as specified by {@link Collection#add})
**/
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
private static int calculateCapacity(Object[] elementData, int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
return Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
return minCapacity;
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}

通过calculateCapacity函数，我们可以知道，如果是用new ArrayList()创建的list，第一次add元素，计算得minCapacity = 1。如果是new ArrayList(0)创建的list，计算得minCapacity = 10. 然后再根据minCapacity去grow。

get方法比较简单，这里不再分析。

ArrayList的一个常见问题是ConcurrentModificationException，同步修改异常，也称为快速失败，fast-fail。当我们以foreach方式遍历ArrayList时，如果在遍历过程中删除ArrayList的元素，或者别的线程往ArrayList中添加元素，就会抛出该异常。这里需要注意，以for(int i = 0; i < list.size(); i++)的方式遍历ArrayList时，是不会抛出同步修改异常的，但用这种方式遍历，需要处理好i的前进速度。

那么，用foreach方式遍历ArrayList为什么会抛出同步修改异常呢？

foreach代码的底层实现，是用iterator对ArrayList进行遍历，在遍历过程中，会持续调用next获取下一个元素。next方法中，会首先checkForComodification()，它的作用是检查modCount和expectedModCount是否相等。不相等时，则抛出同步修改异常。那么什么情况下修改次数和期望修改次数不相等呢？这里需要首先弄明白，modCount和expectedModCount是什么东西？modCount是ArrayList从它的父类继承来的属性，记录了集合的修改次数，add，remove时都会给modCount加1. expectedModCount是迭代器的成员变量，它是在创建迭代器时，取的modCount的值，并且，在遍历过程中不再改变。那么就清楚了，expectedModCount其实是开始遍历时modCount的值，如果在遍历过程中，ArrayList进行了add或remove操作，那么必然导致expectedModCount和modCount不相等，于是就抛出了同步修改异常。

public E next() {
checkForComodification();
int i = cursor;
if (i >= size)
throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;
return (E) elementData[lastRet = i];
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}

那么，同步修改异常如何避免呢？或者说，我们如何遍历集合并把其中的某些元素删除呢？

答案是使用迭代器的remove方法删除元素。在迭代器的remove方法中，删除元素后，会重新把modCount赋值给expectedModCount，所以，它不会抛出同步修改异常。

public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
ArrayList.this.remove(lastRet);
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，谢谢大家对脚本之家的支持。如果你想了解更多相关内容请查看下面相关链接

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