在阿里巴巴Java開發(fā)手冊中，有這樣一條規(guī)定：

但是手冊中并沒有給出具體原因，本文就來深入分析一下該規(guī)定背后的思考。

1?foreach循環(huán)

foreach循環(huán)（Foreach loop）是計(jì)算機(jī)編程語言中的一種控制流程語句，通常用來循環(huán)遍歷數(shù)組或集合中的元素。

Java語言從JDK 1.5.0開始引入foreach循環(huán)。在遍歷數(shù)組、集合方面，foreach為開發(fā)人員提供了極大的方便。通常也被稱之為增強(qiáng)for循環(huán)。

foreach 語法格式如下：

for(元素類型t?元素變量x?:?遍歷對(duì)象obj){?
?????引用了x的java語句;?
}?

以下實(shí)例演示了 普通for循環(huán) 和 foreach循環(huán)使用：

public?static?void?main(String[]?args)?{//?使用ImmutableList初始化一個(gè)ListList<String>?userNames?=?ImmutableList.of("Hollis",?"hollis",?"HollisChuang",?"H");System.out.println("使用for循環(huán)遍歷List");for?(int?i?=?0;?i?<?userNames.size();?i++)?{System.out.println(userNames.get(i));}System.out.println("使用foreach遍歷List");for?(String?userName?:?userNames)?{System.out.println(userName);} }

以上代碼運(yùn)行輸出結(jié)果為：

使用for循環(huán)遍歷List Hollis hollis HollisChuang H 使用foreach遍歷List Hollis hollis HollisChuang H

可以看到，使用foreach語法遍歷集合或者數(shù)組的時(shí)候，可以起到和普通for循環(huán)同樣的效果，并且代碼更加簡潔。所以，foreach循環(huán)也通常也被稱為增強(qiáng)for循環(huán)。

但是，作為一個(gè)合格的程序員，我們不僅要知道什么是增強(qiáng)for循環(huán)，還需要知道增強(qiáng)for循環(huán)的原理是什么？

其實(shí)，增強(qiáng)for循環(huán)也是Java給我們提供的一個(gè)語法糖，如果將以上代碼編譯后的class文件進(jìn)行反編譯（使用jad工具）的話，可以得到以下代碼：

Iterator?iterator?=?userNames.iterator(); do {if(!iterator.hasNext())break;String?userName?=?(String)iterator.next();if(userName.equals("Hollis"))userNames.remove(userName); }?while(true); System.out.println(userNames);

可以發(fā)現(xiàn)，原本的增強(qiáng)for循環(huán)，其實(shí)是依賴了while循環(huán)和Iterator實(shí)現(xiàn)的。（請記住這種實(shí)現(xiàn)方式，后面會(huì)用到！）

2?問題重現(xiàn)

規(guī)范中指出不讓我們在foreach循環(huán)中對(duì)集合元素做add/remove操作，那么，我們嘗試著做一下看看會(huì)發(fā)生什么問題。

//?使用雙括弧語法（double-brace?syntax）建立并初始化一個(gè)List List<String>?userNames?=?new?ArrayList<String>()?{{add("Hollis");add("hollis");add("HollisChuang");add("H"); }};for?(int?i?=?0;?i?<?userNames.size();?i++)?{if?(userNames.get(i).equals("Hollis"))?{userNames.remove(i);} }System.out.println(userNames);

以上代碼，首先使用雙括弧語法（double-brace syntax）建立并初始化一個(gè)List，其中包含四個(gè)字符串，分別是Hollis、hollis、HollisChuang和H。

然后使用普通for循環(huán)對(duì)List進(jìn)行遍歷，刪除List中元素內(nèi)容等于Hollis的元素。然后輸出List，輸出結(jié)果如下：

[hollis,?HollisChuang,?H]

以上是使用普通的for循環(huán)在遍歷的同時(shí)進(jìn)行刪除，那么，我們再看下，如果使用增強(qiáng)for循環(huán)的話會(huì)發(fā)生什么：

List<String>?userNames?=?new?ArrayList<String>()?{{add("Hollis");add("hollis");add("HollisChuang");add("H"); }};for?(String?userName?:?userNames)?{if?(userName.equals("Hollis"))?{userNames.remove(userName);} }System.out.println(userNames);

以上代碼，使用增強(qiáng)for循環(huán)遍歷元素，并嘗試刪除其中的Hollis字符串元素。運(yùn)行以上代碼，會(huì)拋出以下異常：

java.util.ConcurrentModificationException

同樣的，讀者可以嘗試下在增強(qiáng)for循環(huán)中使用add方法添加元素，結(jié)果也會(huì)同樣拋出該異常。

之所以會(huì)出現(xiàn)這個(gè)異常，是因?yàn)橛|發(fā)了一個(gè)Java集合的錯(cuò)誤檢測機(jī)制——fail-fast 。

3?fail-fast

接下來，我們就來分析下在增強(qiáng)for循環(huán)中add/remove元素的時(shí)候會(huì)拋出java.util.ConcurrentModificationException的原因，即解釋下到底什么是fail-fast進(jìn)制，fail-fast的原理等。

fail-fast，即快速失敗，它是Java集合的一種錯(cuò)誤檢測機(jī)制。當(dāng)多個(gè)線程對(duì)集合（非fail-safe的集合類）進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改變的操作時(shí)，有可能會(huì)產(chǎn)生fail-fast機(jī)制，這個(gè)時(shí)候就會(huì)拋出ConcurrentModificationException（當(dāng)方法檢測到對(duì)象的并發(fā)修改，但不允許這種修改時(shí)就拋出該異常）。

同時(shí)需要注意的是，即使不是多線程環(huán)境，如果單線程違反了規(guī)則，同樣也有可能會(huì)拋出改異常。

那么，在增強(qiáng)for循環(huán)進(jìn)行元素刪除，是如何違反了規(guī)則的呢？

要分析這個(gè)問題，我們先將增強(qiáng)for循環(huán)這個(gè)語法糖進(jìn)行解糖（使用jad對(duì)編譯后的class文件進(jìn)行反編譯），得到以下代碼：

public?static?void?main(String[]?args)?{//?使用ImmutableList初始化一個(gè)ListList<String>?userNames?=?new?ArrayList<String>()?{{add("Hollis");add("hollis");add("HollisChuang");add("H");}};Iterator?iterator?=?userNames.iterator();do{if(!iterator.hasNext())break;String?userName?=?(String)iterator.next();if(userName.equals("Hollis"))userNames.remove(userName);}?while(true);System.out.println(userNames); }

然后運(yùn)行以上代碼，同樣會(huì)拋出異常。我們來看一下ConcurrentModificationException的完整堆棧：

通過異常堆棧我們可以到，異常發(fā)生的調(diào)用鏈ForEachDemo的第23行，Iterator.next?調(diào)用了?Iterator.checkForComodification方法 ，而異常就是checkForComodification方法中拋出的。

其實(shí)，經(jīng)過debug后，我們可以發(fā)現(xiàn)，如果remove代碼沒有被執(zhí)行過，iterator.next這一行是一直沒報(bào)錯(cuò)的。拋異常的時(shí)機(jī)也正是remove執(zhí)行之后的的那一次next方法的調(diào)用。

我們直接看下checkForComodification方法的代碼，看下拋出異常的原因：

final?void?checkForComodification()?{if?(modCount?!=?expectedModCount)throw?new?ConcurrentModificationException(); }

代碼比較簡單，modCount != expectedModCount的時(shí)候，就會(huì)拋出ConcurrentModificationException。

那么，就來看一下，remove/add 操作室如何導(dǎo)致modCount和expectedModCount不相等的吧。

4?remove/add 做了什么

首先，我們要搞清楚的是，到底modCount和expectedModCount這兩個(gè)變量都是個(gè)什么東西。

通過翻源碼，我們可以發(fā)現(xiàn)：

• modCount是ArrayList中的一個(gè)成員變量。它表示該集合實(shí)際被修改的次數(shù)。

• expectedModCount 是 ArrayList中的一個(gè)內(nèi)部類——Itr中的成員變量。expectedModCount表示這個(gè)迭代器期望該集合被修改的次數(shù)。其值是在ArrayList.iterator方法被調(diào)用的時(shí)候初始化的。只有通過迭代器對(duì)集合進(jìn)行操作，該值才會(huì)改變。

• Itr是一個(gè)Iterator的實(shí)現(xiàn)，使用ArrayList.iterator方法可以獲取到的迭代器就是Itr類的實(shí)例。

他們之間的關(guān)系如下：

class?ArrayList{private?int?modCount;public?void?add();public?void?remove();private?class?Itr?implements?Iterator<E>?{int?expectedModCount?=?modCount;}public?Iterator<E>?iterator()?{return?new?Itr();} }

其實(shí)，看到這里，大概很多人都能猜到為什么remove/add 操作之后，會(huì)導(dǎo)致expectedModCount和modCount不想等了。

通過翻閱代碼，我們也可以發(fā)現(xiàn)，remove方法核心邏輯如下：

可以看到，它只修改了modCount，并沒有對(duì)expectedModCount做任何操作。

簡單總結(jié)一下，之所以會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常，是因?yàn)槲覀兊拇a中使用了增強(qiáng)for循環(huán)，而在增強(qiáng)for循環(huán)中，集合遍歷是通過iterator進(jìn)行的，但是元素的add/remove卻是直接使用的集合類自己的方法。這就導(dǎo)致iterator在遍歷的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)有一個(gè)元素在自己不知不覺的情況下就被刪除/添加了，就會(huì)拋出一個(gè)異常，用來提示用戶，可能發(fā)生了并發(fā)修改。

5?正確姿勢

至此，我們介紹清楚了不能在foreach循環(huán)體中直接對(duì)集合進(jìn)行add/remove操作的原因。

但是，很多時(shí)候，我們是有需求需要過濾集合的，比如刪除其中一部分元素，那么應(yīng)該如何做呢？有幾種方法可供參考：

1、直接使用普通for循環(huán)進(jìn)行操作

我們說不能在foreach中進(jìn)行，但是使用普通的for循環(huán)還是可以的，因?yàn)槠胀╢or循環(huán)并沒有用到Iterator的遍歷，所以壓根就沒有進(jìn)行fail-fast的檢驗(yàn)。

????List<String>?userNames?=?new?ArrayList<String>()?{{add("Hollis");add("hollis");add("HollisChuang");add("H");}};for?(int?i?=?0;?i?<?1;?i++)?{if?(userNames.get(i).equals("Hollis"))?{userNames.remove(i);}}System.out.println(userNames);

2、直接使用Iterator進(jìn)行操作

除了直接使用普通for循環(huán)以外，我們還可以直接使用Iterator提供的remove方法。

????List<String>?userNames?=?new?ArrayList<String>()?{{add("Hollis");add("hollis");add("HollisChuang");add("H");}};Iterator?iterator?=?userNames.iterator();while?(iterator.hasNext())?{if?(iterator.next().equals("Hollis"))?{iterator.remove();}}System.out.println(userNames);

如果直接使用Iterator提供的remove方法，那么就可以修改到expectedModCount的值。那么就不會(huì)再拋出異常了。其實(shí)現(xiàn)代碼如下：

3、使用Java 8中提供的filter過濾

Java 8中可以把集合轉(zhuǎn)換成流，對(duì)于流有一種filter操作， 可以對(duì)原始 Stream 進(jìn)行某項(xiàng)測試，通過測試的元素被留下來生成一個(gè)新 Stream。

????List<String>?userNames?=?new?ArrayList<String>()?{{add("Hollis");add("hollis");add("HollisChuang");add("H");}};userNames?=?userNames.stream().filter(userName?->?!userName.equals("Hollis")).collect(Collectors.toList());System.out.println(userNames);

4、直接使用fail-safe的集合類

在Java中，除了一些普通的集合類以外，還有一些采用了fail-safe機(jī)制的集合類。這樣的集合容器在遍歷時(shí)不是直接在集合內(nèi)容上訪問的，而是先復(fù)制原有集合內(nèi)容，在拷貝的集合上進(jìn)行遍歷。

由于迭代時(shí)是對(duì)原集合的拷貝進(jìn)行遍歷，所以在遍歷過程中對(duì)原集合所作的修改并不能被迭代器檢測到，所以不會(huì)觸發(fā)ConcurrentModificationException。

ConcurrentLinkedDeque<String>?userNames?=?new?ConcurrentLinkedDeque<String>()?{{add("Hollis");add("hollis");add("HollisChuang");add("H"); }};for?(String?userName?:?userNames)?{if?(userName.equals("Hollis"))?{userNames.remove();} }

基于拷貝內(nèi)容的優(yōu)點(diǎn)是避免了ConcurrentModificationException，但同樣地，迭代器并不能訪問到修改后的內(nèi)容，即：迭代器遍歷的是開始遍歷那一刻拿到的集合拷貝，在遍歷期間原集合發(fā)生的修改迭代器是不知道的。

java.util.concurrent包下的容器都是安全失敗，可以在多線程下并發(fā)使用，并發(fā)修改。

5、使用增強(qiáng)for循環(huán)其實(shí)也可以

如果，我們非常確定在一個(gè)集合中，某個(gè)即將刪除的元素只包含一個(gè)的話， 比如對(duì)Set進(jìn)行操作，那么其實(shí)也是可以使用增強(qiáng)for循環(huán)的，只要在刪除之后，立刻結(jié)束循環(huán)體，不要再繼續(xù)進(jìn)行遍歷就可以了，也就是說不讓代碼執(zhí)行到下一次的next方法。

????List<String>?userNames?=?new?ArrayList<String>()?{{add("Hollis");add("hollis");add("HollisChuang");add("H");}};for?(String?userName?:?userNames)?{if?(userName.equals("Hollis"))?{userNames.remove(userName);break;}}System.out.println(userNames);

以上這五種方式都可以避免觸發(fā)fail-fast機(jī)制，避免拋出異常。如果是并發(fā)場景，建議使用concurrent包中的容器，如果是單線程場景，Java8之前的代碼中，建議使用Iterator進(jìn)行元素刪除，Java8及更新的版本中，可以考慮使用Stream及filter。

6?總結(jié)

我們使用的增強(qiáng)for循環(huán)，其實(shí)是Java提供的語法糖，其實(shí)現(xiàn)原理是借助Iterator進(jìn)行元素的遍歷。

但是如果在遍歷過程中，不通過Iterator，而是通過集合類自身的方法對(duì)集合進(jìn)行添加/刪除操作。那么在Iterator進(jìn)行下一次的遍歷時(shí)，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)有一次集合的修改操作并未通過自身進(jìn)行，那么可能是發(fā)生了并發(fā)被其他線程執(zhí)行的，這時(shí)候就會(huì)拋出異常，來提示用戶可能發(fā)生了并發(fā)修改，這就是所謂的fail-fast機(jī)制。

當(dāng)然還是有很多種方法可以解決這類問題的。比如使用普通for循環(huán)、使用Iterator進(jìn)行元素刪除、使用Stream的filter、使用fail-safe的類等。

好啦，以上就是本文的全部內(nèi)容。主要介紹了阿里巴巴Java開發(fā)手冊禁止在foreach循環(huán)體中進(jìn)行元素的add/remove等原因及背后原理。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的为什么阿里巴巴禁止在 foreach 循环里进行元素的 remove/add 操作的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。