Wie kann ich Sammlungen sicher kopieren?

In der Vergangenheit habe ich gesagt, eine Sammlung sicher zu kopieren, um Folgendes zu tun:

public static void doThing(List<String> strs) {
    List<String> newStrs = new ArrayList<>(strs);

oder

public static void doThing(NavigableSet<String> strs) {
    NavigableSet<String> newStrs = new TreeSet<>(strs);

Aber sind diese "Kopier" -Konstruktoren, ähnliche statische Erstellungsmethoden und Streams, wirklich sicher und wo sind die Regeln angegeben? Mit sicher meine ich die grundlegenden semantischen Integritätsgarantien , die von der Java-Sprache und den Sammlungen angeboten werden, die gegen einen böswilligen Anrufer erzwungen werden, vorausgesetzt, sie werden von einem vernünftigen unterstützt SecurityManagerund es gibt keine Fehler.

Ich bin glücklich mit dem Verfahren werfen ConcurrentModificationException, NullPointerException, IllegalArgumentException, ClassCastException, usw., oder vielleicht sogar hängen.

Ich habe Stringals Beispiel für ein unveränderliches Typargument gewählt. Für diese Frage interessieren mich keine tiefen Kopien für Sammlungen veränderlicher Typen, die ihre eigenen Fallstricke haben.

(Um klar zu sein, habe ich mir den OpenJDK-Quellcode angesehen und habe eine Antwort auf ArrayListund TreeSet.)

Es gibt keinen wirklichen Schutz vor absichtlich bösartigem Code, der in gewöhnlichen APIs wie der Collection-API in derselben JVM ausgeführt wird.

Wie leicht gezeigt werden kann:

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Object[] array = { "foo", "bar", "baz", "and", "another", "string" };
    array[array.length - 1] = new Object() {
        @Override
        public String toString() {
            Collections.shuffle(Arrays.asList(array));
            return "string";
        }
    };
    doThing(new ArrayList<String>() {
        @Override public Object[] toArray() {
            return array;
        }
    });
}

public static void doThing(List<String> strs) {
    List<String> newStrs = new ArrayList<>(strs);

    System.out.println("made a safe copy " + newStrs);
    for(int i = 0; i < 10; i++) {
        System.out.println(newStrs);
    }
}

made a safe copy [foo, bar, baz, and, another, string]
[bar, and, string, string, another, foo]
[and, baz, bar, string, string, string]
[another, baz, and, foo, bar, string]
[another, bar, and, foo, string, and]
[another, baz, string, another, and, foo]
[string, and, another, foo, string, foo]
[baz, string, foo, and, baz, string]
[bar, another, string, and, another, baz]
[bar, string, foo, string, baz, and]
[bar, string, bar, another, and, foo]

Wie Sie sehen können, List<String>garantiert das Erwarten von a nicht, dass tatsächlich eine Liste von StringInstanzen angezeigt wird. Aufgrund des Löschens von Typen und der Rohtypen ist auf der Seite der Listenimplementierung nicht einmal eine Korrektur möglich.

Die andere Sache, für die Sie den ArrayListKonstruktor verantwortlich machen können, ist das Vertrauen in die toArrayImplementierung der eingehenden Sammlung . TreeMapwird nicht auf die gleiche Weise beeinflusst, sondern nur, weil es keinen solchen Leistungsgewinn durch das Übergeben des Arrays gibt, wie bei der Konstruktion eines ArrayList. Keine der Klassen garantiert einen Schutz im Konstruktor.

Normalerweise macht es keinen Sinn, Code zu schreiben, der absichtlich bösartigen Code an jeder Ecke voraussetzt. Es kann zu viel tun, um sich vor allem zu schützen. Ein solcher Schutz ist nur für Code nützlich, der eine Aktion wirklich kapselt, die einem böswilligen Anrufer Zugriff auf etwas gewähren könnte. Ohne diesen Code könnte er nicht bereits darauf zugreifen.

Wenn Sie Sicherheit für einen bestimmten Code benötigen, verwenden Sie

public static void doThing(List<String> strs) {
    String[] content = strs.toArray(new String[0]);
    List<String> newStrs = new ArrayList<>(Arrays.asList(content));

    System.out.println("made a safe copy " + newStrs);
    for(int i = 0; i < 10; i++) {
        System.out.println(newStrs);
    }
}

Dann können Sie sicher sein, dass newStrsdas nur Zeichenfolgen enthält und nach seiner Erstellung nicht durch anderen Code geändert werden kann.

Oder List<String> newStrs = List.of(strs.toArray(new String[0]));mit Java 9 oder neuer verwenden
Beachten Sie, dass Java 10 List.copyOf(strs)dasselbe tut, in der Dokumentation jedoch nicht angegeben ist, dass die toArrayMethode der eingehenden Sammlung garantiert nicht vertrauenswürdig ist . Ein Aufruf List.of(…), der definitiv eine Kopie erstellt, falls eine Array-basierte Liste zurückgegeben wird, ist also sicherer.

Da kein Aufrufer die Art und Weise ändern kann, funktionieren Arrays. Wenn Sie die eingehende Sammlung in ein Array kopieren und anschließend die neue Sammlung damit füllen, wird die Kopie immer sicher. Da die Auflistung einen Verweis auf das zurückgegebene Array enthalten kann, wie oben gezeigt, kann sie ihn während der Kopierphase ändern, die Kopie in der Auflistung kann jedoch nicht beeinflusst werden.

Daher sollten Konsistenzprüfungen durchgeführt werden, nachdem das bestimmte Element aus dem Array oder der resultierenden Sammlung als Ganzes abgerufen wurde.

Ich würde diese Informationen lieber im Kommentar hinterlassen, aber ich habe nicht genug Ruf, sorry :) Ich werde versuchen, sie so ausführlich wie möglich zu erklären.

Anstelle eines constModifikators, der in C ++ zum Markieren von Elementfunktionen verwendet wird, die den Objektinhalt nicht ändern sollen, wurde in Java ursprünglich das Konzept der "Unveränderlichkeit" verwendet. Die Einkapselung (oder OCP, Open-Closed-Prinzip) sollte vor unerwarteten Mutationen (Änderungen) eines Objekts schützen. Natürlich geht die Reflection API darum herum; Der direkte Speicherzugriff macht dasselbe. das ist mehr über das eigene Bein schießen :)

java.util.Collectionselbst ist eine veränderbare Schnittstelle: Es hat eine addMethode, die die Sammlung ändern soll. Natürlich kann der Programmierer die Sammlung in etwas einwickeln, das auslöst ... und alle Laufzeitausnahmen werden auftreten, weil ein anderer Programmierer Javadoc nicht lesen konnte, was eindeutig besagt, dass die Sammlung unveränderlich ist.

Ich habe mich für java.util.Iterabletype entschieden, um unveränderliche Sammlungen in meinen Schnittstellen verfügbar zu machen. Semantisch Iterablehat keine Sammlungseigenschaft wie "Veränderlichkeit". Dennoch können Sie (höchstwahrscheinlich) zugrunde liegende Sammlungen über Streams ändern.

JIC, um Karten unveränderlich freizulegen, java.util.Function<K,V>kann verwendet werden (die getMethode der Karte entspricht dieser Definition).