【Java】对foreach循环的思考

阿里java开发手册已经发表，很多都值得认真研究思考，看到零度的思考题，没忍住研究了一下。

零度的思考：https://mp.weixin.qq.com/s/dDR21k30s6ZVfDvl8BVQmA

首先，看一下给出的反例的执行结果。

1. 如果是"1"，最后list中的元素为["2"]

2. 如果把"1"换成"2"，会抛出ConcurrentModificationException异常

为什么会出现这种情况？这就要考察foreach的执行过程了。

 

1. 代码编译

foreach其实是一种语法糖，通过简单明了的java语法，实现相对复杂的功能，通过查看代码编译之后的字节码文件，可以看到，foreach的循环会在编译期被转为迭代器(Iterator)的方式，以下是反编译之后的代码

List<String> list = Lists.newArrayList();
list.add("1");
list.add("2");
Iterator var2 = list.iterator();
while(var2.hasNext()) {
    String num = (String)var2.next();
    if("2".equals(num)) {
        list.remove(num);
    }
}

2. ArrayList中的Iterator考察

在ArrayList内部有一个Itr的内部类，该内部类实现了Iterator接口，通过ArrayList的iterator()函数获取到的就是内部类Itr的实例对象。

 

内部类Itr的属性说明

cursor：下一个返回元素的索引

lastRet：上一个返回元素的索引，如果没有，就是默认值-1

expectedModCount：默认值是modCount(是AbstractList的属性，表示集合结构发生变化的次数，每次add或remove都会加1)，从变量定义上就可以看出它是一个期望值，用于在遍历的过程中查看ArrayList的结构有没有发生变化，有点类似CAS的做法

内部类Itr的主要函数说明

hasNext()函数

用于判断是否遍历到了集合的末尾

return cursor != size;

checkForComodification()函数

在next()和remove()函数中都会首先调用该方法来判断集合的结构是否发生变化，如果结构发生了变化，modCount就会加1，不等于expectedModCount，就会抛出异常

if (modCount != expectedModCount)
    throw new ConcurrentModificationException();

 

next()函数

1. 先检查集合的结构有没有发生变化，若是，则抛出异常

2. 判断cursor有没有超过集合元素的个数

3. 判断cursor有没有超过ArrayList底层数组结构的大小，若是，则抛出异常

4. cursor加1，lastRet设置为当前返回元素的索引

checkForComodification();
int i = cursor;
if (i >= size)
    throw new NoSuchElementException();
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
    throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;
return (E) elementData[lastRet = i];

remove()函数

1. lastRet判断是否小于0，若是，表示还未开始遍历集合，迭代器当前的索引位于集合第一个元素之前

2. 判断元素的结构有没有发生变化

3. 通过ArrayList的remove函数去除lastRet索引位置的元素，此时modCount加1

4. cursor回退到lastRet的索引位置，lastRet设为-1，expectedModCount设置为当前modCount值

if (lastRet < 0)
    throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
    ArrayList.this.remove(lastRet);
    cursor = lastRet;
    lastRet = -1;
    expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
    throw new ConcurrentModificationException();
}

3. 结合代码分析反例

条件为"1".equals(num)的情况

第一次循环，使得cursor为1，此时，符合判断条件，调用集合的remove函数删除元素，modCount加1，此时不等于expectedModCount，size减1变为1

第二次循环，调用hasNext函数，此时cursor和size都为1，判断集合中没有可遍历的元素，遍历到了末尾，结束循环，集合中为"2"的元素是没有遍历到的

最终打印出集合，结果显示为["2"]

 

条件为"2".equals(num)的情况

第一次循环，使得cursor为1，此时，不符合判断条件

第二次循环，hasNext调用后发现集合中还有元素，继续遍历，cursor为2，此时，符合判断条件，调用集合的remove函数删除元素，modCount加1，此时不等于expectedModCount，size减1变为1

第三次循环，hasNext函数调用的时候，cursor为2，大于size，两者也不相等，返回true，继续执行循环体，此时，会调用next函数，由于next函数首先会判断集合的结构有没有发生变化，因为第二次循环中，集合的结构已经变化了，因此会抛出ConcurrentModificationException异常

4. 为什么正例就不会出现这种问题

因为删除元素调用的是迭代器的remove函数，size变化的同时，cursor也发生了变化，不会出现cursor大于size的情况，同时，集合结构发生变化之后，迭代器的remove函数中对expectedModCount重新设值，感知到了结构的变化

 

最后，并发操作，需要对迭代器加锁，就不在此赘述了。