【Java】對foreach循環的思考

阿里java開發手冊已經發表，不少都值得認真研究思考，看到零度的思考題，沒忍住研究了一下。

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

首先，看一下給出的反例的執行結果。

1. 若是是"1"，最後list中的元素爲["2"]

2. 若是把"1"換成"2"，會拋出ConcurrentModificationException異常

爲何會出現這種狀況？這就要考察foreach的執行過程了。

 

1. 代碼編譯

foreach實際上是一種語法糖，經過簡單明瞭的java語法，實現相對複雜的功能，經過查看代碼編譯以後的字節碼文件，能夠看到，foreach的循環會在編譯期被轉爲迭代器(Iterator)的方式，如下是反編譯以後的代碼

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內部有一個Itr的內部類，該內部類實現了Iterator接口，經過ArrayList的iterator()函數獲取到的就是內部類Itr的實例對象。

 

內部類Itr的屬性說明

cursor：下一個返回元素的索引

lastRet：上一個返回元素的索引，若是沒有，就是默認值-1

expectedModCount：默認值是modCount(是AbstractList的屬性，表示集合結構發生變化的次數，每次add或remove都會加1)，從變量定義上就能夠看出它是一個指望值，用於在遍歷的過程當中查看ArrayList的結構有沒有發生變化，有點相似CAS的作法

內部類Itr的主要函數說明

hasNext()函數

用於判斷是否遍歷到了集合的末尾

return cursor != size;

 

checkForComodification()函數

在next()和remove()函數中都會首先調用該方法來判斷集合的結構是否發生變化，若是結構發生了變化，modCount就會加1，不等於expectedModCount，就會拋出異常

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

 

next()函數

1. 先檢查集合的結構有沒有發生變化，如果，則拋出異常

2. 判斷cursor有沒有超過集合元素的個數

3. 判斷cursor有沒有超過ArrayList底層數組結構的大小，如果，則拋出異常

4. cursor加1，lastRet設置爲當前返回元素的索引

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()函數

1. lastRet判斷是否小於0，如果，表示還未開始遍歷集合，迭代器當前的索引位於集合第一個元素以前

2. 判斷元素的結構有沒有發生變化

3. 經過ArrayList的remove函數去除lastRet索引位置的元素，此時modCount加1

4. cursor回退到lastRet的索引位置，lastRet設爲-1，expectedModCount設置爲當前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. 結合代碼分析反例

條件爲"1".equals(num)的狀況

第一次循環，使得cursor爲1，此時，符合判斷條件，調用集合的remove函數刪除元素，modCount加1，此時不等於expectedModCount，size減1變爲1

第二次循環，調用hasNext函數，此時cursor和size都爲1，判斷集合中沒有可遍歷的元素，遍歷到了末尾，結束循環，集合中爲"2"的元素是沒有遍歷到的

最終打印出集合，結果顯示爲["2"]

 

條件爲"2".equals(num)的狀況

第一次循環，使得cursor爲1，此時，不符合判斷條件

第二次循環，hasNext調用後發現集合中還有元素，繼續遍歷，cursor爲2，此時，符合判斷條件，調用集合的remove函數刪除元素，modCount加1，此時不等於expectedModCount，size減1變爲1

第三次循環，hasNext函數調用的時候，cursor爲2，大於size，二者也不相等，返回true，繼續執行循環體，此時，會調用next函數，因爲next函數首先會判斷集合的結構有沒有發生變化，由於第二次循環中，集合的結構已經變化了，所以會拋出ConcurrentModificationException異常

4. 爲何正例就不會出現這種問題

由於刪除元素調用的是迭代器的remove函數，size變化的同時，cursor也發生了變化，不會出現cursor大於size的狀況，同時，集合結構發生變化以後，迭代器的remove函數中對expectedModCount從新設值，感知到告終構的變化

 

最後，併發操做，須要對迭代器加鎖，就不在此贅述了。