Java List的remove()方法陷阱以及性能优化

2021-10-31 11:47:06 作者：wsdfym

Java List在进行remove（）方法是通常容易踩坑，本文就详细的介绍一下陷阱以及性能优化，感兴趣的可以了解一下

Java List在进行remove（）方法是通常容易踩坑，主要有一下几点

循环时：问题在于，删除某个元素后，因为删除元素后，后面的元素都往前移动了一位，而你的索引+1，所以实际访问的元素相对于删除的元素中间间隔了一位。

几种常见方法

1.使用for循环不进行额外处理时（错误）

//错误的方法
for(int i=0;i<list.size();i++) {
	if(list.get(i)%2==0) {
		list.remove(i);
	}
}

2.使用foreach循环（错误）

for(Integer i:list) {
    if(i%2==0) {
     	list.remove(i);
    }
}

抛出异常：java.util.ConcurrentModificationException；
foreach的本质是使用迭代器实现，每次进入for (Integer i:list) 时，会调用ListItr.next()方法；
继而调用checkForComodification()方法， checkForComodification()方法对操作集合的次数进行了判断，如果当前对集合的操作次数与生成迭代器时不同，抛出异常

public E next() {
	checkForComodification();
	if (!hasNext()) {
		 throw new NoSuchElementException();
	}
	 lastReturned = next;
	next = next.next;
	nextIndex++;
	return lastReturned.item;
 }
 // checkForComodification()方法对集合遍历前被修改的次数与现在被修改的次数做出对比
final void checkForComodification() {
	  if (modCount != expectedModCount) {
	  		 throw new ConcurrentModificationException();
	  }
             
  }

使用for循环，并且同时改变索引；（正确）

//正确
for(int i=0;i<list.size();i++) {
	if(list.get(i)%2==0) {
		list.remove(i);
		i--;//在元素被移除掉后，进行索引后移
	}
}

使用for循环，倒序进行；（正确）

//正确
for(int i=list.size()-1;i>=0;i--) {
	if(list.get(i)%2==0) {
		list.remove(i);
	}
}

使用while循环，删除了元素，索引便不+1，在没删除元素时索引+1（正确）

//正确
int i=0;
while(i<list.size()) {
	if(list.get(i)%2==0) {
		list.remove(i);
	}else {
		i++;
	}
}

4.使用迭代器方法（正确,推荐）

只能使用迭代器的remove()方法，使用列表的remove()方法是错误的

//正确，并且推荐的方法
Iterator<Integer> itr = list.iterator();
while(itr.hasNext()) {
	if(itr.next()%2 ==0)
		itr.remove();
}

性能分析

下面来谈谈当数据量过大时候，需要删除的元素较多时，如何用迭代器进行性能的优化，对于ArrayList这几乎是致命的，从一个ArrayList中删除批量元素都是昂贵的时间复杂度为O（n²），那么接下来看看LinkeedList是否可行。LinkedList暴露了两个问题，一个：是每次的Get请求效率不高，而且，对于remove的调用同样低效，因为达到位置I的代价是昂贵的。

是每次的Get请求效率不高
需要先get元素，然后过滤元素。比较元素是否满足删除条件。

remove的调用同样低效
LinkedList的remove（index），方法是需要先遍历链表，先找到该index下的节点，再处理节点的前驱后继。

以上两个问题当遇到批量级别需要处理时时间复杂度直接上升到O（n²）

使用迭代器的方法删除元素

对于LinkedList，对该迭代器的remove（）方法的调用只花费常数时间，因为在循环时该迭代器位于需要被删除的节点，因此是常数操作。对于一个ArrayList，即使该迭代器位于需要被删除的节点，其remove（）方法依然是昂贵的，因为数组项必须移动。下面贴出示例代码以及运行结果

在这里插入图片描述

public class RemoveByIterator {

	public static void main(String[] args) {
		
		List<Integer> arrList1 = new ArrayList<>();
		for(int i=0;i<100000;i++) {
			arrList1.add(i);
		}
		
		List<Integer> linList1 = new LinkedList<>();
		for(int i=0;i<100000;i++) {
			linList1.add(i);
		}

		List<Integer> arrList2 = new ArrayList<>();
		for(int i=0;i<100000;i++) {
			arrList2.add(i);
		}
		
		List<Integer> linList2 = new LinkedList<>();
		for(int i=0;i<100000;i++) {
			linList2.add(i);
		}
		
		removeEvens(arrList1,"ArrayList");
		removeEvens(linList1,"LinkedList");
		removeEvensByIterator(arrList2,"ArrayList");
		removeEvensByIterator(linList2,"LinkedList");
		
	}
	public static void removeEvensByIterator(List<Integer> lst ,String name) {//利用迭代器remove偶数
		long sTime = new Date().getTime();
		Iterator<Integer> itr = lst.iterator();
		while(itr.hasNext()) {
			
			if(itr.next()%2 ==0)
				itr.remove();
		}
		
		System.out.println(name+"使用迭代器时间:"+(new Date().getTime()-sTime)+"毫秒");
	}
	
	public static void removeEvens(List<Integer> list , String name) {//不使用迭代器remove偶数
		long sTime = new Date().getTime();
		int i=0;
		while(i<list.size()) {
			
			if(list.get(i)%2==0) {
				list.remove(i);
			}else {
				i++;
			}
		}
	
		System.out.println(name+"不使用迭代器的时间"+(new Date().getTime()-sTime)+"毫秒");
	}
}

原理重点看一下LinkedList的迭代器

另一篇博客Iterator简介 LinkedList使用迭代器优化移除批量元素原理
调用方法：list.iterator();

在这里插入图片描述

重点看下remove方法

private class ListItr implements ListIterator<E> {
        //返回的节点
        private Node<E> lastReturned;
        //下一个节点
        private Node<E> next;
        //下一个节点索引
        private int nextIndex;
        //修改次数
        private int expectedModCount = modCount;

        ListItr(int index) {
            //根据传进来的数字设置next等属性，默认传0
            next = (index == size) ? null : node(index);
            nextIndex = index;
        }
        //直接调用节点的后继指针
        public E next() {
            checkForComodification();
            if (!hasNext())
                throw new NoSuchElementException();
            lastReturned = next;
            next = next.next;
            nextIndex++;
            return lastReturned.item;
        }
        //返回节点的前驱
        public E previous() {
            checkForComodification();
            if (!hasPrevious())
                throw new NoSuchElementException();

            lastReturned = next = (next == null) ? last : next.prev;
            nextIndex--;
            return lastReturned.item;
        }
        /**
        * 最重要的方法，在LinkedList中按一定规则移除大量元素时用这个方法
        * 为什么会比list.remove效率高呢;
        */
        public void remove() {
            checkForComodification();
            if (lastReturned == null)
                throw new IllegalStateException();

            Node<E> lastNext = lastReturned.next;
            unlink(lastReturned);
            if (next == lastReturned)
                next = lastNext;
            else
                nextIndex--;
            lastReturned = null;
            expectedModCount++;
        }

        public void set(E e) {
            if (lastReturned == null)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();
            lastReturned.item = e;
        }

        public void add(E e) {
            checkForComodification();
            lastReturned = null;
            if (next == null)
                linkLast(e);
            else
                linkBefore(e, next);
            nextIndex++;
            expectedModCount++;
        }
    }

LinkedList 源码的remove(int index)的过程是
先逐一移动指针，再找到要移除的Node，最后再修改这个Node前驱后继等移除Node。如果有批量元素要按规则移除的话这么做时间复杂度O（n²）。但是使用迭代器是O（n）。

先看看list.remove（idnex）是怎么处理的

LinkedList是双向链表，这里示意图简单画个单链表
比如要移除链表中偶数元素，先循环调用get方法，指针逐渐后移获得元素，比如获得index = 1；指针后移两次才能获得元素。
当发现元素值为偶数是。使用idnex移除元素，如list.remove(1)；链表先Node node(int index)返回该index下的元素，与get方法一样。然后再做前驱后继的修改。所以在remove之前相当于做了两次get请求。导致时间复杂度是O（n）。

在这里插入图片描述