浅谈java1.8ArrayList源码（扩容机制，快速失败机制）

• 首先：ArrayList的底层通过数组实现

public class ArrayList extends AbstractList

        implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

• ArrayList：说明ArrayList支持泛型。
• extends AbstractList ：继承了AbstractList。AbstractList提供List接口的骨干实现，以最大限度地减少“随机访问”数据存储（如ArrayList）实现Llist所需的工作。
• implements List：实现了List。实现了所有可选列表操作。
• implements RandomAccess：表明ArrayList支持快速（通常是固定时间）随机访问。此接口的主要目的是允许一般的算法更改其行为，从而在将其应用到随机或连续访问列表时能提供良好的性能。
• implements Cloneable：表明其可以调用clone()方法来返回实例的field-for-field拷贝。
• implements java.io.Serializable：表明该类具有序列化功能。有序列化功能

   下面来看一些比较重要的参数：

  初始化的默认容量

指定该ArrayList数组容量为零时返回该对象数组

  默认调用空构造方法时返回该对象数组

   ArrayList底层数组中存储真正元素的数组

   ArrayList的实际大小（数组包含真正的元素个数）

下面是ArrayList的三种构造方法：

第一种：

 执行完构造方法时还是一个空数组，等到add方法执行的时候则会初始化容量为10；

第二种：

自己穿入想要的容量参数，对容量进行判断如果容量小于零，则会抛出异常，否则会创建一个容量为initialCapacity的空ArrayList

第三种：

构造一个包含指定 collection 的元素的列表，这些元素是按照该 collection 的迭代器返回它们的顺序排列的。

下面来看ArrayList的扩容机制（）

先来看其中的add（）方法：

add方法首先会调用ensureCapacityInternal（size+1）方法，

ensureCapacityInternal（size+1）方法是用来进行容量检查，决定扩容的想要的最小容量，举个例子，第一次扩容的时候，size默认为0则minCapacity（即想要的最小容量）为1，执行完Math.max语句minCapacity就变为10，这个时候也就是进行空构造第一次add的情况，当ensureCapacityInternal（size+1）传入的参数小于默认参数的时候，就把默认参数当做想要的最小容量，如果大于默认参数就把你想要的参数当做想要的最小容量

这个方法是用来判断是否扩容，如果你想要的最小容量大于数组长度则会调用grow方法进行扩容

通过grow方法可以看到新容量为当前数组容量的1.5倍，然后进行判断，如果理论扩容后新的容量小于小于你想要的最小容量（但我觉得这种情况不太可能会出现，因为为了节省空间，假如当前容量为10，只会传入11来和扩容后的进行比较因此我自己认为不会出现if为真的情况）真正的实现扩容其实是Arrays.copy方法，就是复制数组实现扩容，

但是如果出现了if为真的情况，从这个方法中可以看到数组的理论最大值为Integer的最大值减去8，但是如果你想要的最小容量已经大于数组的理论最大值，则会进行大容量分配为Integer的最大值至此扩容结束， 

下面粗略的谈一下快速失败机制（因为对线程还没有一个好的认识）

public class FastFailTest {

 private static List list = new ArrayList();
 //private static List list = new CopyOnWriteArrayList();
 public static void main(String[] args) {

  // 同时启动两个线程对list进行操作！
  new ThreadOne().start();
  new ThreadTwo().start();
 }

 private static void printAll() {
  System.out.println("");

  String value = null;
  Iterator iter = list.iterator();
  while(iter.hasNext()) {
   value = (String)iter.next();
   System.out.print(value+", ");
  }
 }

 /**
  * 向list中依次添加0,1,2,3,4,5，每添加一个数之后，就通过printAll()遍历整个list
  */
 private static class ThreadOne extends Thread {
  public void run() {
   int i = 0;
   while (i<6) {
    list.add(String.valueOf(i));
    printAll();
    i++;
   }
  }
 }

 /**
  * 向list中依次添加10,11,12,13,14,15，每添加一个数之后，就通过printAll()遍历整个list
  */
 private static class ThreadTwo extends Thread {
  public void run() {
   int i = 10;
   while (i<16) {
    list.add(String.valueOf(i));
    printAll();
    i++;
   }
  }
 }

}

• 
  

fail-fast是怎么产生的。步骤如下：

1. 新建了一个ArrayList，名称为arrayList。
2. 向arrayList中添加内容
3. 新建一个“线程a”，并在“线程a”中通过Iterator反复的读取arrayList的值。
4. 新建一个“线程b”，在“线程b”中删除arrayList中的一个“节点A”。
5. 这时，就会产生有趣的事件了。

在某一时刻，“线程a”创建了arrayList的Iterator。此时“节点A”仍然存在于arrayList中，创建arrayList时，expectedModCount = modCount(假设它们此时的值为N)。 
在“线程a”在遍历arrayList过程中的某一时刻，“线程b”执行了，并且“线程b”删除了arrayList中的“节点A”。“线程b”执行remove()进行删除操作时，在remove()中执行了“modCount++”，此时modCount变成了N+1！

“线程a”接着遍历，当它执行到next()函数时，调用checkForComodification()比较“expectedModCount”和“modCount”的大小；而“expectedModCount=N”，“modCount=N+1”,这样，便抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。

至此，我们就完全了解了fail-fast是如何产生的！ 
即，当多个线程对同一个集合进行操作的时候，某线程访问集合的过程中，该集合的内容被其他线程所改变(即其它线程通过add、remove、clear等方法，改变了modCount的值)；这时，就会抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。

方法1

在单线程的遍历过程中，如果要进行remove操作，可以调用迭代器的remove方法而不是集合类的remove方法。看看ArrayList中迭代器的remove方法的源码：

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();
    }
}

可以看到，该remove方法并不会修改modCount的值，并且不会对后面的遍历造成影响，因为该方法remove不能指定元素，只能remove当前遍历过的那个元素，所以调用该方法并不会发生fail-fast现象。该方法有局限性。

例子：

public static void main(String[] args) {
      List list = new ArrayList<>();
      for (int i = 0 ; i < 10 ; i++ ) {
           list.add(i + "");
      }
      Iterator iterator = list.iterator();
      int i = 0 ;
      while(iterator.hasNext()) {
           if (i == 3) {
                iterator.remove(); //迭代器的remove()方法
           }
           System.out.println(iterator.next());
           i ++;
      }
}

方法2

使用java并发包(java.util.concurrent)中的类来代替 ArrayList 和hashMap。

比如使用  CopyOnWriterArrayList代替 ArrayList， CopyOnWriterArrayList在是使用上跟 ArrayList几乎一样， CopyOnWriter是写时复制的容器(COW)，在读写时是线程安全的。该容器在对add和remove等操作时，并不是在原数组上进行修改，而是将原数组拷贝一份，在新数组上进行修改，待完成后，才将指向旧数组的引用指向新数组，所以对于 CopyOnWriterArrayList在迭代过程并不会发生fail-fast现象。但 CopyOnWrite容器只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。

对于HashMap，可以使用ConcurrentHashMap， ConcurrentHashMap采用了锁机制，是线程安全的。在迭代方面，ConcurrentHashMap使用了一种不同的迭代方式。在这种迭代方式中，当iterator被创建后集合再发生改变就不再是抛出ConcurrentModificationException，取而代之的是在改变时new新的数据从而不影响原有的数据 ，iterator完成后再将头指针替换为新的数据 ，这样iterator线程可以使用原来老的数据，而写线程也可以并发的完成改变。即迭代不会发生fail-fast，但不保证获取的是最新的数据。