透彻学习 JDK:ArrayList 扩容与遍历删除

列表增加元素通常很快,但扩容时需要复制数组。

edyang · 2013-03-25

列表增加元素通常很快,但扩容时需要复制数组。理解均摊成本,也要留意迭代器的修改约束。

本文使用JDK 7,示例为方法体或类定义片段。源码学习需要区分语言规则、公共接口约定与某个版本的实现。本文把讨论范围固定在 Java 7,不把后续版本的集合结构或语法写进来。

1. 从现象推到机制

ArrayList 的连续引用数组支持按下标访问,插入到中间则需要移动后续元素。扩容带来的复制是偶发成本,不意味着每次添加都复制。遍历时用列表自身删除会破坏迭代器的修改计数约定。

透彻学习 JDK:ArrayList 扩容与遍历删除的处理、反馈与观察关系

图中的四个节点分别表示数组容量、元素追加、迭代游标、安全删除。顺着实线检查输入如何变成输出,再沿虚线核对反馈条件。图示表达的是本文讨论的关系,不是实测曲线或现场截图。

2. 最小实现与输入条件

用迭代器自己的 remove 方法删除匹配项,把删除和游标维护交给同一套机制。不要把 fail-fast 异常当成并发安全保障。

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Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    if (it.next().isEmpty()) {
        it.remove();
    }
}

将片段放入独立的小工程,补齐 imports(导入声明)和调用入口。观察返回值、异常类型及对象状态;并发实验需要重复交错,单次没有出错不能证明线程安全。

3. 用对照区分原因

下表列出需要主动改变的条件。预期行为来自机制分析,复现时还需记录运行环境和原始输出,不能将预期当作已经测得的结果。

改变的条件 需要验证的行为
连续追加大量元素 会经历容量变化而非每次重新分配
删除中间元素 后续引用需要前移
迭代期间直接改列表 可能抛并发修改异常

对照 1:连续追加大量元素

会经历容量变化而非每次重新分配。观察时记录容量增长时的复制路径。把这个条件与基准情形分开,有助于判断变化来自哪一层;若得到相反结果,应先核对前提,再修改实现。

对照 2:删除中间元素

后续引用需要前移。观察时记录下标和剩余顺序。把这个条件与基准情形分开,有助于判断变化来自哪一层;若得到相反结果,应先核对前提,再修改实现。

对照 3:迭代期间直接改列表

可能抛并发修改异常。观察时记录修改来自迭代器还是外部列表。把这个条件与基准情形分开,有助于判断变化来自哪一层;若得到相反结果,应先核对前提,再修改实现。

4. 适用条件与取舍

预分配容量适合已知数量的批量写入,但容量过大也占空间。实际性能应结合访问模式和元素数量,不能笼统认定链表更适合所有插入。

一次正常运行只覆盖了这组输入。继续扩展前,应把上面的异常对照保留下来,尤其关注“迭代期间直接改列表”这一分支。后续方案若改变了图中任意一处依赖,原来的判断就要重新验证,不能仅凭界面相似或返回值相同沿用结论。

同月延伸

参考资料

  1. Java SE 7 API 文档
  2. Java SE 7 语言规范