深入剖析foreach底层原理以及并发修改异常

我不是女神ヾ 2023-10-01 23:48 8阅读 0赞

**前言**  
并发修改异常是指：`ConcurrentModificationException`。  
foreach循环其实是一种加强的for循环，相较于for循环更加简洁，可以用来遍历数组或者集合，它的底层原理其实是实现了迭代器的功能，所以本质上来说foreach可以遍历任何实现了Iterable接口的对象。  
**一、foreach底层实现原理**  
foreach本质上不过是编译器提供的“语法糖”包装。编译器在遇到for(Type item : arrayOrList) \{ \}代码时，会进行代码的转译。  
**1、当使用foreach对数组进行遍历时，会进行如下转译：**  
源代码：  
![在这里插入图片描述][4e35bd89270242d7b6419756b47582de.png]

转译后代码：

![在这里插入图片描述][62c443db07eb4acbbdd3f6a3f1a93294.png]  
可以发现转译后的代码其实就是我们平常使用for循环遍历数组的方式，即：

for(int i=0;i<array.length;i++) {
        
        Type item = array[i];
        System.out.println(item);
    }

**2、如果是遍历集合类型，则要求被遍历的集合类型必须实现java.lang.Iterable接口，在iterator()方法中返回一个Iterator迭代器。**  
源代码：  
![在这里插入图片描述][b3274162ea06465aa6feae008a6d86df.png]

转译后代码：  
![在这里插入图片描述][b6775386147f4c9b8dcd7501beea1eaf.png]  
可以发现使用foreach遍历集合时，它会被转译为迭代器的方式去实现集合的遍历。即：

Iterator iterator = strings.iterator();
    while(iterator.hasNext()){
        
    	String string = (String)iterator.next();
    	System.out.println(string);
    }

**二、foreach使用限制**  
1、foreach在遍历集合的过程中不能修改集合中元素的值。不过，如果遍历的是数组，则不受此限制。  
2、foreach在遍历过程中不能往集合中增加或删除元素，否则会抛出ConcurrentModificationException异常。即使在个别特殊情况下没有抛出这个异常，那也是因为巧合（下文会有说明）。  
3、遍历过程中，集合或数组中同时只有一个元素可见，即只有“当前遍历到的元素”可见，而前一个或后一个元素是不可见的。  
4、只能从前往后正向遍历，不能反向遍历。

**错误使用实例**  
关于第2点，尝试在foreach遍历过程中，添加或删除元素：

ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("1");
    list.add("2");
    list.add("3");
    list.add("4");
    final String toRemove = "2";
    final String toAdd = "1000";
    for (String item : list) {
        
        //item = "100"; //这句执行无效，仅仅改变迭代器中item的指向，并不会真正改变list中的元素
        if (toRemove.equals(item)) {
        
            list.remove(item); //仅当toRemove为"3"时，没有报异常。这是删除倒数第二个元素情况下的“巧合”。
            //list.add(toAdd); // 报ConcurrentModificationException
        }
    }

上述情况抛出并发修改异常的原因分析：  
1、ArrayList内部有一个成员变量modCount，用来记录list内部元素改变的次数。  
2、通过iter=list.iterator()返回一个新的迭代器对象的时候，iter内部会用expectedModCount成员变量记录下当时的modCount的值。在整个循环的遍历过程中，不管是iter.next()还是iter.remove()方法都会检查原ArrayList的modCount值是否与iter内部记录的expectedModCount值一致，一旦不一致就会抛ConcurrentModificationException。因此，异常是在增减集合元素后，下一轮循环的iter.next()方法中抛出的。  
3、相关源代码

public boolean hasNext() {
        
        return cursor != size;
    }
    public E next() {
        
    	// 此处抛出异常
        checkForComodification();
        // 省略其他代码...
    }
    final void checkForComodification() {
        
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }

4、当toRemove为"3"时，没有报异常，这是为什么呢？  
因为，这种情况下，一旦remove之后，原ArrayList的size会减少1，下一轮通过iter.hasNext()（hasNext只是返回迭代器内部的迭代位置cursor是否已达到被迭代容器的size，本身不会抛异常）判断是否还有元素时，发现没有了，直接返回false，进而不会调用到iter.next()方法。当然也就不会有从这个方法中抛出的异常啦。

**正确使用**  
那么问题来了，如果要在遍历集合的过程中需要删除或添加元素该怎么办？  
1、普通for循环

for(int i=0;i<list.size();i++) {
        
        String item = list.get(i);
        if ("3".equals(item)) {
        
            list.remove(i);//为了效率，这里最好不要用list.remove(item)
        }
    }

2、Iterator迭代器方式遍历，通过迭代器的remove方法进行删除。

Iterator<String> iter = list.iterator();
    while(iter.hasNext()) {
        
        String item = iter.next();
        if ("4".equals(item)) {
        
            iter.remove();
        }
    }

**总结**  
在 subList 场景中，高度注意对父集合元素的增加或删除，均会导致子列表的遍历、  
增加、删除产生 ConcurrentModificationException 异常。——阿里巴巴Java开发规范（嵩山版）

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