老哥你真的知道ArrayList#sublist的正确用法么

我们有这么一个场景,给你一个列表,可以动态的新增,但是最终要求列表升序,要求长度小于20,可以怎么做?

这个还不简单,几行代码就可以了

public List<Integer> trimList(List<Integer> list, int add) {
    list.add(add);
    list.sort(null);
    if (list.size() > 20) {
        list = list.subList(0, 20);
    }
    return list;
}
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1. 测试验证

上面的代码先不考虑性能的优化方面,有没有问题?

写了个简单的测试case,我们来看下会出现什么情况

@Test
public void testTri() throws InterruptedException {
    List<Integer> list = new ArrayList<>(30);
    Random random = new Random();
    int cnt = 0;
    while (true) {
        list = trimList(list, random.nextInt(100000));

        Thread.sleep(1);
        ++cnt;
        System.out.println(list + " >> " + cnt);
    }
}
复制代码

启动参数修改下,添加jvm最大内存条件 -Xmx3m, 然后跑上面代码,一段时间之后居然出现stack over flow

sof

有意思的问题来了,从逻辑上看,这个数组固定长度为20,顶多有21条数据,怎么就会内存溢出呢?

2. SubList 方法揭秘

我们看下ArrayList#sublis方法的实现逻辑,就可以发现获取子列表,居然只是重置了一下内部数组的索引

public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) {
    subListRangeCheck(fromIndex, toIndex, size);
    return new SubList(this, 0, fromIndex, toIndex);
}

private class SubList extends AbstractList<E> implements RandomAccess {
    private final AbstractList<E> parent;
    private final int parentOffset;
    private final int offset;
    int size;
  
    SubList(AbstractList<E> parent,
            int offset, int fromIndex, int toIndex) {
        this.parent = parent;
        this.parentOffset = fromIndex;
        this.offset = offset + fromIndex;
        this.size = toIndex - fromIndex;
        this.modCount = ArrayList.this.modCount;
    }
    ...
}
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返回的是一个SubList类型对象,这个对象和原来的List公用一个存储数据的数组,但是多了两个记录子列表起始的偏移;

然后再看下SubList的add方法,也是直接在原来的数组中新增数据,想到与原来的列表在指定位置插入数据

public void add(int index, E e) {
    rangeCheckForAdd(index);
    checkForComodification();
    parent.add(parentOffset + index, e);
    this.modCount = parent.modCount;
    this.size++;
}
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所以上面实现的代码中 list = list.subList(0, 20); 这一行,有内存泄露,貌似是只返回了一个20长度大小的列表,但是这个列表中的数组长度,可能远远不止20

为了验证上面的说法,debug下上面的测试用例

debug

动图演示如下

gif

3. 正确使用姿势

上面知道sublist并不会新创建一个列表,旧的数据依然还在,只是我们用不了而已,所以改动也很简单,根据sublist的结果创建一个新的数组就好了

public List<Integer> trimList(List<Integer> list, int add) {
    list.add(add);
    list.sort(null);
    if (list.size() > 20) {
        list = new ArrayList<>(list.subList(0, 20));
    }
    return list;
}
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再次测试,代码一直在顺利的执行,看下后面的计数,都已经5w多,前面1w多久报错了

show

虽然上面解决了内存泄露,但是gc也很频繁了,本篇的重点主要是指出sublist的错误使用姿势,所以上面算法的优化就不详细展开了

sof

4. 知识点扩展

看下下面的测试代码输出应该是什么

@ToString
public static class InnerC {
    private String name;
    private Integer id;

    public InnerC(String name, Integer id) {
        this.name = name;
        this.id = id;
    }
}

@Test
public void subList() {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        list.add(i);
    }

    // case 1
    List<Integer> sub = list.subList(10, 15);
    sub.add(100);
    System.out.println("list: " + list);
    System.out.println("sub: " + sub);

    // case 2
    list.set(11, 200);
    System.out.println("list: " + list);
    System.out.println("sub: " + sub);

    // case 3
    list = new ArrayList<>(sub);
    sub.set(0, 999);
    System.out.println("list: " + list);
    System.out.println("sub: " + sub);

    // case 4
    List<InnerC> cl = new ArrayList<>();
    cl.add(new InnerC("a", 1));
    cl.add(new InnerC("a2", 2));
    cl.add(new InnerC("a3", 3));
    cl.add(new InnerC("a4", 4));

    List<InnerC> cl2 = new ArrayList<>(cl.subList(1, 3));
    cl2.get(0).name = "a5";
    cl2.get(0).id = 5;
    System.out.println("list cl: " + cl);
    System.out.println("list cl2: " + cl2);
}
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再看具体的答案之前,先分析一下

针对case1/2,我们知道sublist返回的列表和原列表公用一个底层数组,所以这两个列表的增删,都是相互影响的

  • case1 执行之后相当于在list数组的下标15这里,插入数据100
  • case2 执行之后,list的下标11,相当于sub的下标1,也就是说sub[1] 变成了200

对于case3/4 而言,根据sub创建了一个新的列表,这个时候修改新的列表中的值,会影响到原来的列表中的值么?

分析这个场景,就需要看一下源码了

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
        // replace with empty array.
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

// 对应的核心逻辑就在 Arrays.copyOf,而这个方法主要调用的是native方法`System.arraycopy`

public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
    @SuppressWarnings("unchecked")
    T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
        ? (T[]) new Object[newLength]
        : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
    System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                     Math.min(original.length, newLength));
    return copy;
}
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从上面的源码分析,会不会相互影响就看这个数组拷贝是怎么实现的了(深拷贝?浅拷贝?)


接下来看下实际的输出结果

list: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 100, 15, 16, 17, 18, 19]
sub: [10, 11, 12, 13, 14, 100]
list: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 200, 12, 13, 14, 100, 15, 16, 17, 18, 19]
sub: [10, 200, 12, 13, 14, 100]
list: [10, 200, 12, 13, 14, 100]
sub: [999, 200, 12, 13, 14, 100]
list cl: [BasicTest.InnerC(name=a, id=1), BasicTest.InnerC(name=a5, id=5), BasicTest.InnerC(name=a3, id=3), BasicTest.InnerC(name=a4, id=4)]
list cl2: [BasicTest.InnerC(name=a5, id=5), BasicTest.InnerC(name=a3, id=3)]
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out

从上面可以知道,case1/2的分析没啥问题,case3、4的输出有点意思了

  • 数组内为Integer时,两者互不影响
  • 数组内为普通对象时,修改其中一个,会影响另外一个

关从输出结果来看 System.arraycopy 是浅拷贝,至于为什么int不影响呢,这个就和方法调用传参是基本数据类型时,在方法内部修改参数不会影响到外部一个道理了

II. 其他

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