1、foreach遍歷ArrayList過程中使用 add 和 remove

我們先來(lái)看看使用foreach遍歷ArrayList過程中使用 add 和 remove 會(huì)出現(xiàn)什么樣子的結(jié)果，然后再分析一下。

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        list.add(i);
    }
    for (Integer j : list) {
        if (j.equals(3)) {
            list.remove(3);
        }
        System.out.println(j);
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

0
1
2
3
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:911)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:861)
at test.Test.main(Test.java:12)

結(jié)果是出現(xiàn)了ConcurrentModificationException 異常，追蹤下拋出異常的位置（ArrayList.java:911）

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

這個(gè)地方告訴我們?nèi)绻?modCount 不等于 expectedModCount 的時(shí)候，就會(huì)拋出這個(gè)異常信息，那么這兩個(gè)參數(shù)都代表了什么東西呢？為什么不相等的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)異常呢？

2、追根溯源

2.1、modCount是什么？

這時(shí)候就要讓我們?nèi)タ丛创a了，在我們點(diǎn)到這個(gè)變量的時(shí)候，就會(huì)有注釋告訴我們了 modCount 是 AbstractList 類中的一個(gè)成員變量，該值表示對(duì)List的修改次數(shù)。

這時(shí)候我們來(lái)看看 remove 方法中是否對(duì)這個(gè)變量進(jìn)行了增減。

大家可以看到，在 remove 的方法中，實(shí)際上只是對(duì) modCount 進(jìn)行了++，那 expectedModCount 又是個(gè)什么東西呢？

2.2、expectedModCount 是什么？

expectedModCount 是 ArrayList 中的一個(gè)內(nèi)部類——Itr中的成員變量，我們來(lái)看下怎么又扯出個(gè)內(nèi)部類Itr。

通過反編譯可以發(fā)現(xiàn)foreach編譯后內(nèi)部是使用迭代器實(shí)現(xiàn)的。

迭代器是通過list.iterator()實(shí)例化的，list.iterator()就返回了一個(gè)內(nèi)部類Itr的對(duì)象，從源碼中可以看到Itr實(shí)現(xiàn)了Iterator接口，同時(shí)聲明了expectedModCount這個(gè)成員變量， expectedModCount 表示對(duì)ArrayList修改次數(shù)的期望值，它的初始值為 modCount。

2.3、熟悉的checkForComodification方法

從源碼可以看到這個(gè)類的next和remove方法里面都調(diào)用了一個(gè)checkForComodification方法，看到checkForComodification是不是很熟悉，這不就是異常的拋出位置嗎。

checkForComodification方法是通過判斷modCount和expectedModCount是否相等來(lái)決定是否拋出并發(fā)修改異常。

2.4、流程回顧

通過查看編譯后的class文件，可以看出大致流程如下：當(dāng)j為3時(shí)，調(diào)用了remove方法，remove方法中修改了modCount值，然后再輸出j值，再進(jìn)入下一次循環(huán)，此時(shí)hasNext為true，進(jìn)入循環(huán)體第一行代碼，調(diào)用next方法，next方法再調(diào)用checkForComodification方法，然后發(fā)現(xiàn)expectedModCount和modCount不一致，最終拋出ConcurrentModificationException 異常。

也就是說(shuō)，expectedModCount 初始化為 modCount 了，但是后面 expectedModCount 沒有修改，而在 remove 和 add 的過程中修改了modCount ，這就導(dǎo)致了執(zhí)行的時(shí)候，通過 checkForComodification 方法來(lái)判斷兩個(gè)值是否相等，如果相等了，那么沒問題，如果不相等，那就給你拋出一個(gè)異常來(lái)。

而這也就是我們通俗說(shuō)起來(lái)的 fail-fast 機(jī)制，也就是快速檢測(cè)失敗機(jī)制。

3、避免fail-fast 機(jī)制

3.1、使用listIterator或iterator

fail-fast 機(jī)制也是可以避免的，比如再拿出來(lái)我們上面的代碼

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        list.add(i);
    }
 
    System.out.println("沒有刪除元素前"+list.toString());
    // 迭代器使用listIterator和iterator均可
    ListIterator<Integer> listIterator = list.listIterator();
    while(listIterator.hasNext()){
        Integer integer = listIterator.next();
        if(integer==3){
            listIterator.remove();
            listIterator.add(9);
        }
    }
    System.out.println("刪除元素后"+list.toString());
}

這樣的話，你就發(fā)現(xiàn)是可以運(yùn)行的，也是沒有問題的，我們看運(yùn)行結(jié)果：

沒有刪除元素前[0, 1, 2, 3, 4]
刪除元素后[0, 1, 2, 9, 4]

結(jié)果也是顯而易見的，我們實(shí)現(xiàn)了在 foreach 中進(jìn)行 add 和 remove 的操作.

這里有個(gè)注意點(diǎn)，迭代器使用listIterator和iterator均可，看源碼可以知道 listIterator其實(shí)使用的ListItr內(nèi)部類，ListItr是繼承了Itr類的，同時(shí)自己封了一些方法，例如add，hasPrevious，previous等等。所以代碼中的remove方法是Itr類的，add方法是ListItr類的

listIterator和iterator區(qū)別：

• 使用范圍不同，Iterator可以應(yīng)用于所有的集合，Set、List和Map和這些集合的子類型。而ListIterator只能用于List及其子類型。
• ListIterator有add方法，可以向List中添加對(duì)象，而Iterator不能。
• ListIterator和Iterator都有hasNext()和next()方法，可以實(shí)現(xiàn)順序向后遍歷，但是ListIterator有hasPrevious()和previous()方法，可以實(shí)現(xiàn)逆向（順序向前）遍歷。Iterator不可以。
• ListIterator可以定位當(dāng)前索引的位置，nextIndex()和previousIndex()可以實(shí)現(xiàn)。Iterator沒有此功能。
• 都可實(shí)現(xiàn)刪除操作，但是ListIterator可以實(shí)現(xiàn)對(duì)象的修改，set()方法可以實(shí)現(xiàn)。Iterator僅能遍歷，不能修改。
  

3.2、使用CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList 這個(gè)類也是能解決 fail-fast 的問題的，我們來(lái)試一下：

public static void main(String[] args) {
    CopyOnWriteArrayList<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        list.add(i);
    }
    System.out.println("沒有刪除元素前"+list.toString());
    for (Integer integer : list) {
        if(integer.equals(3)){
            list.remove(3);
            list.add(9);
        }
    }
    System.out.println("刪除元素后"+list.toString());
}

運(yùn)行結(jié)果：

沒有刪除元素前[0, 1, 2, 3, 4]
刪除元素后[0, 1, 2, 4, 9]

CopyOnWriteArrayList實(shí)現(xiàn)了對(duì)這個(gè)元素中間進(jìn)行移除添加的操作，那么他的內(nèi)部源碼是怎么實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際上很簡(jiǎn)單，復(fù)制

也就是他創(chuàng)建一個(gè)新的數(shù)組，再將舊的數(shù)組復(fù)制到新的數(shù)組上，但是為什么很少有人推薦這種做法，根本原因還是 復(fù)制

因?yàn)槟闶褂昧藦?fù)制，那么就一定會(huì)出現(xiàn)有兩個(gè)存儲(chǔ)相同內(nèi)容的空間，這樣消耗了空間，最后進(jìn)行 GC 的時(shí)候，那是不是也需要一些時(shí)間去清理他，所以個(gè)人不是很推薦，但是寫出來(lái)的必要還是有的。

3.2.1、CopyOnWriteArrayList的add方法

public boolean add(E e) {
    // 可重入鎖
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    // 獲取鎖
    lock.lock();
    try {
        // 元素?cái)?shù)組
        Object[] elements = getArray();
        // 數(shù)組長(zhǎng)度
        int len = elements.length;
        // 復(fù)制數(shù)組
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        // 存放元素e
        newElements[len] = e;
        // 設(shè)置數(shù)組
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        // 釋放鎖
        lock.unlock();
    }
}

處理流程如下：

• 獲取鎖(保證多線程的安全訪問)，獲取當(dāng)前的Object數(shù)組，獲取Object數(shù)組的長(zhǎng)度為length，進(jìn)入步驟②。
• 根據(jù)Object數(shù)組復(fù)制一個(gè)長(zhǎng)度為length+1的Object數(shù)組為newElements(此時(shí)，newElements[length]為null)，進(jìn)入下一步驟。
• 將下標(biāo)為length的數(shù)組元素newElements[length]設(shè)置為元素e，再設(shè)置當(dāng)前Object[]為newElements，釋放鎖，返回。這樣就完成了元素的添加。

3.2.2、CopyOnWriteArrayList的remove方法

public E remove(int index) {
    // 可重入鎖
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    // 獲取鎖
    lock.lock();
    try {
        // 獲取數(shù)組
        Object[] elements = getArray();
        // 數(shù)組長(zhǎng)度
        int len = elements.length;
        // 獲取舊值
        E oldValue = get(elements, index);
        // 需要移動(dòng)的元素個(gè)數(shù)
        int numMoved = len - index - 1;
        if (numMoved == 0) // 移動(dòng)個(gè)數(shù)為0
            // 復(fù)制后設(shè)置數(shù)組
            setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
        else { // 移動(dòng)個(gè)數(shù)不為0
            // 新生數(shù)組
            Object[] newElements = new Object[len - 1];
            // 復(fù)制index索引之前的元素
            System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
            // 復(fù)制index索引之后的元素
            System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
                                numMoved);
            // 設(shè)置索引
            setArray(newElements);
        }
        // 返回舊值
        return oldValue;
    } finally {
        // 釋放鎖
        lock.unlock();
    }
}

處理流程如下：

• 獲取鎖，獲取數(shù)組elements，數(shù)組長(zhǎng)度為length，獲取索引的值elements[index]，計(jì)算需要移動(dòng)的元素個(gè)數(shù)(length - index - 1),若個(gè)數(shù)為0，則表示移除的是數(shù)組的最后一個(gè)元素，復(fù)制elements數(shù)組，復(fù)制長(zhǎng)度為length-1，然后設(shè)置數(shù)組，進(jìn)入步驟③；否則，進(jìn)入步驟②
• 先復(fù)制index索引前的元素，再?gòu)?fù)制index索引后的元素，然后設(shè)置數(shù)組。
• 釋放鎖，返回舊值。

注意

CopyOnWriteArrayList解決 fail-fast 的問題不是通過迭代器來(lái)remove或add元素的，而是通過list本身的remove和add方法，所以add的元素位置也不一樣，迭代器是當(dāng)前位置后面一個(gè)，CopyOnWriteArrayList是直接放到最后。

有想法的同學(xué)可以看看CopyOnWriteArrayList的listIterator和iterator，其實(shí)是一樣的，都是返回的COWIterator內(nèi)部類。

在COWIterator內(nèi)部類中是不支持remove、set、add操作的，至少我使用的jdk1.8是不支持，會(huì)直接拋出UnsupportedOperationException異常：

先寫到這兒，后面有空再補(bǔ)充。

到此這篇關(guān)于面試題:java中為什么foreach中不允許對(duì)元素進(jìn)行add和remove的文章就介紹到這了,更多相關(guān)foreach不允許對(duì)元素進(jìn)行add和remove內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！