丨集合類坑滿地list列表操作

ListMapCollectionListListList使用Arrays.asList把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)istJava8中Stream流式處理的各種功能，大大減少了集合類（投影、過濾、轉(zhuǎn)換）Lis繼續(xù)展開各種Stream操作。你可能也想到了，使用Arrays.asList方法可以把數(shù)組一鍵轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ist，但其實(shí)沒這么簡(jiǎn)Arrays.asListList代代1int[]arr={1,2,Listlist=("list:{}size:{}class:{}",list,list.size(),List3List。通過日志可以發(fā)現(xiàn)，這個(gè)List包含的其實(shí)是一個(gè)int數(shù)組，整個(gè)List的元素個(gè)數(shù)是1，元素類型是整數(shù)數(shù)組。1112:50:39.445[main]INFO代其原因是，只能是把int裝箱為Integer，不可能把int數(shù)組裝箱為Integer數(shù)組。我們知道，Arrays.asList方法傳入的是一個(gè)泛型T類型可變參數(shù)，最終int數(shù)組整體作為了一個(gè)對(duì)象成為了泛型類型T：1123publicstatic<T>List<T>asList(T...{returnnew}代ListBugJava8用Arrays.stream方法來轉(zhuǎn)換，否則可以把int數(shù)組為包裝類型Integer數(shù)組：代代12345678int[]arr1={1,2,Listlist1=Arrays.stream(arr1).boxed().collect(Collectors.toList());("list:{}size:{}class:{}",list1,list1.size(),list1.get(0).getClasInteger[]arr2={1,2,Listlist2=("list:{}size:{}class:{}",list2,list2.size(),List1113:10:57.373[main]INFO代可以看到第一個(gè)坑是，Arrays.asList。那么，我們獲得了正確的List，是不是就可以像普通的List那樣使用了呢？我們繼續(xù)往下看。把三個(gè)字符串1、2、3構(gòu)成的字符串?dāng)?shù)組，使用Arrays.asList轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ist后，將原始字符串?dāng)?shù)組的第二個(gè)字符修改為4，然后為L(zhǎng)ist增加一個(gè)字符串5，最后數(shù)組和List會(huì)是怎代代1String[]arr={"1","2",Listlist=arr[1]=try}catch(Exceptionex)899("arr:{}list:{}",Arrays.toString(arr),代代123atat613:15:34.699[main]INFO45第二個(gè)坑，Arrays.asList返回的List不支持增刪操作。Arrays.asList返回的List并不是我們期望的java.util.ArrayList，而是Arrays的內(nèi)部類ArrayList。ArrayList內(nèi)部類繼承自Listaddadd代代123456789publicstatic<T>List<T>asList(T...{returnnew}privatestaticclassArrayList<E>extendsimplementsRandomAccess,java.io.Serializable{privatefinalE[]ArrayList(E[]array)a=}publicEset(intindex,E{EoldValue=a[index];a[index]=element;return}}List<E>Collection<E>publicvoidadd(intindex,Eelement)thrownew}}第三個(gè)坑，ListArrayList以發(fā)現(xiàn)ArrayList其實(shí)是直接使用了原始的數(shù)組。所以，我們要特別，把通過Arrays.asList獲得的ListBugnew一個(gè)ArrayList初始化Arrays.asList返回的List代代1String[]arr={"1","2",Listlist=newarr[1]=try}catch(Exceptionex)89("arr:{}list:{}",Arrays.toString(arr),List正的ArrayList，add也不再出錯(cuò)：1113:34:50.829[main]INFO代使用List.subList進(jìn)行切片操作居然會(huì)導(dǎo)致ListList，我們通常會(huì)想到使用List.subList方法。但，和Arrays.asList的問題類似，List.subList返回的子tArrLttt的視圖，會(huì)和原始Lt相互影響。如果不注意，很可能會(huì)因此產(chǎn)生OOM問題。接下來，我們就一起分析下其中的如下代碼所示，定義一個(gè)名為data的靜態(tài)List來存放Integer的List，也就是說data的成員本身是包含了多個(gè)數(shù)字的List。循環(huán)1000次，每次都從一個(gè)具有10萬(wàn)個(gè)Integer的List中，使用subList方法獲得一個(gè)只包含一個(gè)數(shù)字的子List，并把這個(gè)子List加入data代代12345678privatestaticList<List<Integer>>data=newprivatestaticvoidoom()for(inti=0;i<1000;i++)List<Integer>rawList=IntStream.rangeClosed(1,100000).boxed().colledata.add(rawList.subList(0,1));}}你可能會(huì)覺得，這個(gè)data變量里面最終保存的只是1000個(gè)具有1個(gè)元素的List，不會(huì)占用很大空間，但程序運(yùn)行不久就出現(xiàn)了OOM：代代Exceptioninthread"main"java.lang.OutOfMemoryError:JavaheapatatOOM100010List它始終被subList方法返回的List強(qiáng)。那么，返回的子List為什么會(huì)強(qiáng)原始的List，它們又有什么關(guān)系呢？我們?cè)倮^續(xù)做實(shí)驗(yàn)觀察一下這個(gè)子List的特性。110ArrayListsubList2、3、4；隨后刪除這個(gè)SubList中的元素?cái)?shù)字3，并打印原始的ArrayList；最后為原始的ArrayList增加一個(gè)元素?cái)?shù)字0，遍歷SubList輸出所有元素：代代1List<Integer>list=IntStream.rangeClosed(1,List<Integer>List<Integer>subList=list.subList(1,try}catch(Exceptionex)11代代12345678[2,3,[1,2,4,5,6,7,8,9,原始List中數(shù)字3ListList0List，會(huì)出現(xiàn)ArrayList//overflow-consciousif(minCapacity-elementData.length> publicvoidadd(intindex,Eelement)ensureCapacityInternal(size+//IncrementsSystem.arraycopy(elementData,index,elementData,index+size-elementData[index]=}publicList<E>subList(intfromIndex,inttoIndex)subListRangeCheck(fromIndex,toIndex,returnnewSubList(this,offset,fromIndex, privateclassSubList List<E>implementsRandomAccessprivate List<E>privatefinalintprivatefinalintintintoffset,intfromIndex,inttoIndex)this.parent=this.parentOffset=this.offset=offset+this.size=toIndex-this.modCount= publicEset(intindex,Eelement)returnl.set(index+offset, public tor<E> tor(finalintindex) private odification()if(ArrayList.this.modCount!=thrownew 58第一，ArrayList了一個(gè)叫作modCount的字段，表示集合結(jié)構(gòu)性修改的次數(shù)。所謂結(jié)構(gòu)性修改，指的是影響List大小的修改，所以add操作必然會(huì)改變modCount的值。2124subListListSubList，并不是普通的ArrayList，在初始化的時(shí)候傳入了this。第三，分析第26到39行代碼可以發(fā)現(xiàn)，這個(gè)SubList中的parent字段就是原始的List。SubList初始化的時(shí)候，并沒有把原始List中的元素到獨(dú)立的變量中保存。我們可以認(rèn)SubListListList響，而且SubList強(qiáng)了原始的List，所以大量保存這樣的SubList會(huì)導(dǎo)致OOM第四，分析第4755SubListArrayListmodCountSubListmodCountSubList原始List新增了一個(gè)元素修改了其modCount，所以判等失敗拋出ConcurrentModificationException異常。既然SubListListsubListSubListnewArrayList，在構(gòu)造方法傳入SubList，來構(gòu)建一個(gè)獨(dú)立的ArrayList；Java8StreamskiplimitAPI流中元素的個(gè)數(shù)，同樣可以達(dá)到SubList切片的目的。代代12345List<Integer>subList=newArrayList<>(list.subList(1,List<Integer>subList=代代1[2,3,2[1,2,3,4,5,6,7,8,9,344SubListListListList 首先，定義一個(gè)只有一個(gè)int類型訂單號(hào)字段的Order代代staticclassOrderprivateint6elementCountloopCountlistSearchelementCountArrayList，loopCountArrayList，代代privatestaticObjectlistSearch(intelementCount,intloopCount)List<Order>list=IntStream.rangeClosed(1,elementCount).mapToObj(i->IntStream.rangeClosed(1,loopCount).forEach(i->intsearch=Orderresult=list.stream().filter(order->order.getOrderId()==Assert.assertTrue(result!=null&&result.getOrderId()== return9隨后，定義另一個(gè)mapSearch方法，從一個(gè)具有elementCount個(gè)元素的Map中循環(huán)loopCountMapKeyValue代代privatestaticObjectmapSearch(intelementCount,intloopCount)Map<Integer,Order>map=IntStream.rangeClosed(1,IntStream.rangeClosed(1,loopCount).forEach(i->intsearch=Orderresult=Assert.assertTrue(result!=null&&result.getOrderId()== return9我們知道，搜索ArrayList的時(shí)間復(fù)雜度是O(n)，而HashMap的get操作的時(shí)間復(fù)雜度是O(1)。所以，要對(duì)大List進(jìn)行單值搜索的話，可以考慮使用HashMap，其中Key是要搜索的值，Value是原始對(duì)象，會(huì)比使用ArrayList有非常明顯的性能優(yōu)勢(shì)。100ArrayListHashMap，listSearchmapSearch1000代代123456789intelementCountintloopCount=;StopWatchstopWatch=newStopWatch();Objectlist=listSearch(elementCount,loopCount);Objectmap=mapSearch(elementCount,loopCount);1000，listSearch3.3mapSearch108代代122345StopWatch'':runningtime%Task 78097%即使我們要搜索的不是單值而是條件區(qū)間，也可以嘗試使用HashMap來進(jìn)行“搜索性能優(yōu)化”。如果你的條件區(qū)間是固定的話，可以提前把HashMap按照條件區(qū)間進(jìn)行分組，Key就是不同的區(qū)間。ArrayListHashMap如果要對(duì)大ArrayList進(jìn)行去重操作，也不建議使用contains方法，而是可以考慮使用HashSet進(jìn)行去重。說到這里，還有一個(gè)問題，使用HashMap是否會(huì)犧牲空間呢？為此，我們使用ObjectSizeCalculator工具打印ArrayList和HashMap的內(nèi)存占用，可以看到ArrayList占用內(nèi)存21M，而HashMap占用的內(nèi)存達(dá)到了72M，是List多。進(jìn)一步使用MAT工具分析堆可以再次證明，ArrayList在內(nèi)存占用上性價(jià)比很高，77%是實(shí)際的數(shù)據(jù)（如第1個(gè)圖所示， ），而HashMap的“含金量”只有22%（如第2個(gè)圖所示， 所以，在應(yīng)用內(nèi)存吃緊的情況下，我們需要考慮是否值得使用的內(nèi)存消耗來?yè)Q取更高的性能。這里我們看到的是平衡的藝術(shù)，空間換時(shí)間，還是時(shí)間換空間，只考慮任何一個(gè)方面都是不對(duì)的。第二個(gè)誤區(qū)是，過于教科書的大O時(shí)間復(fù)雜度數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中要實(shí)現(xiàn)一個(gè)列表，有基于連續(xù)的數(shù)組和基于指針串聯(lián)的鏈表兩種方式。在Java中，有代表性的實(shí)現(xiàn)是ArrayList和LinkedList，前者背后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)組，后者 這里，你可以看到數(shù)組和鏈表大O時(shí)間復(fù)雜度的顯著差異：對(duì)于數(shù)組，隨機(jī)元素的時(shí)間復(fù)雜度是O(1)，元素插入操作是O(n)；對(duì)于鏈表，隨機(jī)元素的時(shí)間復(fù)雜度是O(n)，元素插入操作是O(1)。ArrayList，循環(huán)loopCount次，進(jìn)行隨機(jī)和增加元素到隨機(jī)位置的操作代代123456789privatestaticvoidlinkedListGet(intelementCount,intloopCount){List<Integer>list=IntStream.rangeClosed(1,elementCount).boxed().collecIntStream.rangeClosed(1,loopCount).forEach(i->}privatestaticvoidarrayListGet(intelementCount,intloopCount){List<Integer>list=IntStream.rangeClosed(1,elementCount).boxed().collecIntStream.rangeClosed(1,loopCount).forEach(i->}privatestaticvoidlinkedListAdd(intelementCount,intloopCount){List<Integer>list=IntStream.rangeClosed(1,elementCount).boxed().collecIntStream.rangeClosed(1,loopCount).forEach(i->}privatestaticvoidarrayListAdd(intelementCount,intloopCount){List<Integer>list=IntStream.rangeClosed(1,elementCount).boxed().collecIntStream.rangeClosed(1,loopCount).forEach(i->}測(cè)試代碼如下，10萬(wàn)個(gè)元素，循環(huán)10代代123456789intelementCount=100000;intloopCount=100000;StopWatchstopWatch=newStopWatch();linkedListGet(elementCount,loopCount);arrayListGet(elementCount,loopCount);StopWatchstopWatch2=newStopWatch();linkedListAdd(elementCount,loopCount);arrayListAdd(elementCount,loopCount);代39運(yùn)行結(jié)果可能會(huì)讓你眼鏡。在隨機(jī)方面，我們看到了ArrayList的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，耗時(shí)只有11毫秒，而LinkedList耗時(shí)6.6但，隨機(jī)插入操作居然也是LinkedList落敗，耗時(shí)9.3秒，ArrayList只要1.5秒：代3912%Task45678StopWatch'':runningtime=1072937883210%Task代123代123456789publicvoidadd(intindex,Eelement)if(index==size)linkBefore(element,}Node<E>node(intindex)assert(index<(size>>{Node<E>x=for(inti=0;i<index;x=return}elseNode<E>x=for(inti=size-1;i>index;i--x=return24}所以，對(duì)于插入操作，LinkedList的時(shí)間復(fù)雜度其實(shí)也是O(n)。繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)的話你會(huì)發(fā)現(xiàn)，在各種常用場(chǎng)景下，LinkedList幾乎都不能在性能上勝出ArrayList。諷刺的是，LinkedList的作者約書亞·布洛克（JoshBloch），在其上回復(fù)別人時(shí)說，雖然LinkedList是我寫的但我從來不用，有誰(shuí)會(huì)真的用嗎？這告訴我們，任何東西理論上和實(shí)際上是有差距的，教科書的理論，最好在下定論之前實(shí)際測(cè)試一下。拋開算法層面不談，由于CPU緩存、內(nèi)存連續(xù)性等問題，鏈表這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方式對(duì)性能并不友好，即使在它最擅長(zhǎng)的場(chǎng)景都不一定可以發(fā)揮。今天，我了若干和List列表相關(guān)的錯(cuò)誤案例，基本都是由“想當(dāng)然”導(dǎo)致的第一，想當(dāng)然認(rèn)為，Arrays.asListList.subListListArrays.asList得到的是Arrays的內(nèi)部類ArrayList，List.subList得到的是ArrayList的內(nèi)部類SubList，不能把這兩個(gè)內(nèi)部類轉(zhuǎn)換為ArrayList使用。Arrays.asList直接使用了原始數(shù)組，可以認(rèn)為是共享“”，而且不支持增刪元素；List.subList直接了原始的List，也可以認(rèn)為是共享“”，而且對(duì)原始List直接進(jìn)行結(jié)構(gòu)性修改會(huì)導(dǎo)致SubList出現(xiàn)異常。對(duì)Arrays.asList和List.subList容易忽略的是，新的List持有了原始數(shù)據(jù)的，可能會(huì)導(dǎo)致原始數(shù)據(jù)也無法GC的