foreach循环详解

最近再看《阿里巴巴 Java 开发手册》，看到”集合处理”这块，要求“不要在 foreach 循环里进行元素的 remove / add 操作。 remove 元素请使用 Iterator
方式，如果并发操作，需要对 Iterator 对象加锁”。

我根据他留下的问题演示了一下反例中的代码，结果是：当把“1”换成“2”时候，程序就抛异常了。“1”的时候没有出问题。于是研究了一番。

分析问题

首先，我们要知道，foreach它其实是迭代器Iterator的语法糖，所以，用foreach来循环集合
其实就是获取集合的迭代器然后通过迭代器的API来实现对集合的遍历的。

看一下Iterator的API，了解一下它的执行过程。

    /**     * An optimized version of AbstractList.Itr     */    private class Itr implements Iterator<E> {        // index of next element to return        int cursor;        // index of last element returned; -1 if no such        int lastRet = -1;         int expectedModCount = modCount;        public boolean hasNext() { //(1)            return cursor != size;        }        @SuppressWarnings("unchecked")        public E next() {   //(2)            checkForComodification();   //(3)            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];        }        public void remove() {            if (lastRet < 0)                throw new IllegalStateException();            checkForComodification();            try {                ArrayList.this.remove(lastRet);                cursor = lastRet;                lastRet = -1;                expectedModCount = modCount;            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {                throw new ConcurrentModificationException();            }        }        @Override        @SuppressWarnings("unchecked")        public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {            Objects.requireNonNull(consumer);            final int size = ArrayList.this.size;            int i = cursor;            if (i >= size) {                return;            }            final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;            if (i >= elementData.length) {                throw new ConcurrentModificationException();            }            while (i != size && modCount == expectedModCount) {                consumer.accept((E) elementData[i++]);            }            // update once at end of iteration to reduce heap write traffic            cursor = i;            lastRet = i - 1;            checkForComodification();        }        final void checkForComodification() {            if (modCount != expectedModCount)                throw new ConcurrentModificationException();        }

分析反例中的foreach执行过程

注意：(1),(2),(3)分别代表上面代码行后面注释的方法。

1. 首先方法(1)判断是否有元素可以迭代？size=2，cursor=0，所以返回true。
2. 接着执行方法(2)，这里执行主要分2步：1)保存当前指针值。然后指针cursor后移一步，此时cursor=1。2)返回保存的指证值对应的元素，即返回元素“1”。
3. 然后进入到if判断，执行list.remove(item);
4. 执行集合的remove方法，产生2个变化：1)集合的size变了，size=1。2)ArrayList里有个计数器modCount,表示这个集合被修改的次数。每次集合结构上的修改，都会在modCount上+1。此时modCount=3。
5. 一个遍历完，再方法(1)判断是否迭代。此时，size=1,cursor=1。所以返回false。循环终止。

这就是反例中的代码大概的执行过程。那好，为什么把“1”换成“2”就出错，同样地，我们按上的过程去分析两次代码执行的差异。

1. 首先方法(1)判断是否有元素可以迭代？size=2，cursor=0，所以返回true。
2. 接着执行方法(2)，这里执行主要分2步：1)保存当前指针值。然后指针cursor后移一步，此时cursor=1。2)返回保存的指证值对应的元素，即返回元素“1”。
3. 然后进入到if判断，不走if里的代码，所以size=2;
4. 接着方法(1)去判断。cursor=1，size=2，所以返回true。接着遍历。
5. 执行方法(2)，cursor=2，返回元素“2”。
6. 然后进入到if判断，执行list.remove(item);
7. 依然是2个变化：size=1，modCount=3。
8. 再方法(1)判断是否迭代。此时，size=1，cursor=2，返回true。
9. 重点来了： 执行方法(2)，进入方法(3)，此时，modCount=3，expectedModCount=2，所以抛出ConcurrentModificationException异常

这就是产生错误结果的原因了。checkForComodification()方法中做的工作就是比较expectedModCount和modCount的值是否相等，如果不相等，就认为还有其他对象正在对当前的List进行操作，那个就会抛出ConcurrentModificationException异常。

执行list.remove(item)方法，会使modCount+1，但是迭代器里的expectedModCount却没变。这就是产生异常的根本原因。所以，阿里规范中要求“remove元素请使用Iterator的remove()方法”，执行这个remove()方法，会主动同步一下expectedModCount和modCount，使其保持一致。就可以避免异常的发生。

总结

1. 复习了一下迭代器Iterator遍历集合的过程以及底层原理实现。巩固基础知识。
2. 最好不要在集合遍历的过程中修改集合的结构。