【Java】對foreach循環的思考


阿里java開發手冊已經發表,很多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。

首先,看一下給出的反例的執行結果。
1. 如果是"1",最后list中的元素為["2"]
2. 如果把"1"換成"2",會拋出ConcurrentModificationException異常
為什么會出現這種情況?這就要考察foreach的執行過程了。
 
1. 代碼編譯
foreach其實是一種語法糖,通過簡單明了的java語法,實現相對復雜的功能,通過查看代碼編譯之后的字節碼文件,可以看到,foreach的循環會在編譯期被轉為迭代器(Iterator)的方式,以下是反編譯之后的代碼
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,通過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,如果沒有,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),從變量定義上就可以看出它是一個期望值,用於在遍歷的過程中查看ArrayList的結構有沒有發生變化,有點類似CAS的做法

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,如果結構發生了變化,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,若是,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,若是,則拋出異常
4. cursor加1,lastRet設置為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,若是,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之前
2. 判斷元素的結構有沒有發生變化
3. 通過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設為-1,expectedModCount設置為當前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

條件為"1".equals(num)的情況
第一次循環,使得cursor為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變為1
第二次循環,調用hasNext函數,此時cursor和size都為1,判斷集合中沒有可遍歷的元素,遍歷到了末尾,結束循環,集合中為"2"的元素是沒有遍歷到的
最終打印出集合,結果顯示為["2"]
 
條件為"2".equals(num)的情況
第一次循環,使得cursor為1,此時,不符合判斷條件
第二次循環,hasNext調用后發現集合中還有元素,繼續遍歷,cursor為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變為1
第三次循環,hasNext函數調用的時候,cursor為2,大於size,兩者也不相等,返回true,繼續執行循環體,此時,會調用next函數,由於next函數首先會判斷集合的結構有沒有發生變化,因為第二次循環中,集合的結構已經變化了,因此會拋出ConcurrentModificationException異常

4. 為什么正例就不會出現這種問題

因為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的情況,同時,集合結構發生變化之后,迭代器的remove函數中對expectedModCount重新設值,感知到了結構的變化
 
最后,並發操作,需要對迭代器加鎖,就不在此贅述了。


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