面试题:java中为什么foreach中不允许对元素进行add和remove

1、foreach遍历ArrayList过程中使用 add 和 remove

我们先来看看使用foreach遍历ArrayList过程中使用 add 和 remove 会出现什么样子的结果，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);
    }
}

运行结果：

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)

结果是出现了ConcurrentModificationException 异常，追踪下抛出异常的位置（ArrayList.java:911）

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

这个地方告诉我们如果 modCount 不等于 expectedModCount 的时候，就会抛出这个异常信息，那么这两个参数都代表了什么东西呢？为什么不相等的时候，就会出现异常呢？

2、追根溯源

2.1、modCount是什么？

这时候就要让我们去看源码了，在我们点到这个变量的时候，就会有注释告诉我们了 modCount 是 AbstractList 类中的一个成员变量，该值表示对List的修改次数。

这时候我们来看看 remove 方法中是否对这个变量进行了增减。

大家可以看到，在 remove 的方法中，实际上只是对 modCount 进行了++，那 expectedModCount 又是个什么东西呢？

2.2、expectedModCount 是什么？

expectedModCount 是 ArrayList 中的一个内部类——Itr中的成员变量，我们来看下怎么又扯出个内部类Itr。

通过反编译可以发现foreach编译后内部是使用迭代器实现的。

迭代器是通过list.iterator()实例化的，list.iterator()就返回了一个内部类Itr的对象，从源码中可以看到Itr实现了Iterator接口，同时声明了expectedModCount这个成员变量， expectedModCount 表示对ArrayList修改次数的期望值，它的初始值为 modCount。

2.3、熟悉的checkForComodification方法

从源码可以看到这个类的next和remove方法里面都调用了一个checkForComodification方法，看到checkForComodification是不是很熟悉，这不就是异常的抛出位置吗。

checkForComodification方法是通过判断modCount和expectedModCount是否相等来决定是否抛出并发修改异常。

2.4、流程回顾

通过查看编译后的class文件，可以看出大致流程如下：当j为3时，调用了remove方法，remove方法中修改了modCount值，然后再输出j值，再进入下一次循环，此时hasNext为true，进入循环体第一行代码，调用next方法，next方法再调用checkForComodification方法，然后发现expectedModCount和modCount不一致，最终抛出ConcurrentModificationException 异常。

也就是说，expectedModCount 初始化为 modCount 了，但是后面 expectedModCount 没有修改，而在 remove 和 add 的过程中修改了modCount ，这就导致了执行的时候，通过 checkForComodification 方法来判断两个值是否相等，如果相等了，那么没问题，如果不相等，那就给你抛出一个异常来。

而这也就是我们通俗说起来的 fail-fast 机制，也就是快速检测失败机制。

3、避免fail-fast 机制

3.1、使用listIterator或iterator

fail-fast 机制也是可以避免的，比如再拿出来我们上面的代码

public static void main(String[] args) {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        list.add(i);
    }
 
    System.out.println("没有删除元素前"+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("删除元素后"+list.toString());
}

这样的话，你就发现是可以运行的，也是没有问题的，我们看运行结果：

没有删除元素前[0, 1, 2, 3, 4]
删除元素后[0, 1, 2, 9, 4]

结果也是显而易见的，我们实现了在 foreach 中进行 add 和 remove 的操作.

这里有个注意点，迭代器使用listIterator和iterator均可，看源码可以知道 listIterator其实使用的ListItr内部类，ListItr是继承了Itr类的，同时自己封了一些方法，例如add，hasPrevious，previous等等。所以代码中的remove方法是Itr类的，add方法是ListItr类的

listIterator和iterator区别：

• 使用范围不同，Iterator可以应用于所有的集合，Set、List和Map和这些集合的子类型。而ListIterator只能用于List及其子类型。
• ListIterator有add方法，可以向List中添加对象，而Iterator不能。
• ListIterator和Iterator都有hasNext()和next()方法，可以实现顺序向后遍历，但是ListIterator有hasPrevious()和previous()方法，可以实现逆向（顺序向前）遍历。Iterator不可以。
• ListIterator可以定位当前索引的位置，nextIndex()和previousIndex()可以实现。Iterator没有此功能。
• 都可实现删除操作，但是ListIterator可以实现对象的修改，set()方法可以实现。Iterator仅能遍历，不能修改。
  

3.2、使用CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList 这个类也是能解决 fail-fast 的问题的，我们来试一下：

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

运行结果：

没有删除元素前[0, 1, 2, 3, 4]
删除元素后[0, 1, 2, 4, 9]

CopyOnWriteArrayList实现了对这个元素中间进行移除添加的操作，那么他的内部源码是怎么实现的，实际上很简单，复制

也就是他创建一个新的数组，再将旧的数组复制到新的数组上，但是为什么很少有人推荐这种做法，根本原因还是 复制

因为你使用了复制，那么就一定会出现有两个存储相同内容的空间，这样消耗了空间，最后进行 GC 的时候，那是不是也需要一些时间去清理他，所以个人不是很推荐，但是写出来的必要还是有的。

3.2.1、CopyOnWriteArrayList的add方法

public boolean add(E e) {
    // 可重入锁
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    // 获取锁
    lock.lock();
    try {
        // 元素数组
        Object[] elements = getArray();
        // 数组长度
        int len = elements.length;
        // 复制数组
        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
        // 存放元素e
        newElements[len] = e;
        // 设置数组
        setArray(newElements);
        return true;
    } finally {
        // 释放锁
        lock.unlock();
    }
}

处理流程如下：

• 获取锁(保证多线程的安全访问)，获取当前的Object数组，获取Object数组的长度为length，进入步骤②。
• 根据Object数组复制一个长度为length+1的Object数组为newElements(此时，newElements[length]为null)，进入下一步骤。
• 将下标为length的数组元素newElements[length]设置为元素e，再设置当前Object[]为newElements，释放锁，返回。这样就完成了元素的添加。

3.2.2、CopyOnWriteArrayList的remove方法

public E remove(int index) {
    // 可重入锁
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    // 获取锁
    lock.lock();
    try {
        // 获取数组
        Object[] elements = getArray();
        // 数组长度
        int len = elements.length;
        // 获取旧值
        E oldValue = get(elements, index);
        // 需要移动的元素个数
        int numMoved = len - index - 1;
        if (numMoved == 0) // 移动个数为0
            // 复制后设置数组
            setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
        else { // 移动个数不为0
            // 新生数组
            Object[] newElements = new Object[len - 1];
            // 复制index索引之前的元素
            System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
            // 复制index索引之后的元素
            System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
                                numMoved);
            // 设置索引
            setArray(newElements);
        }
        // 返回旧值
        return oldValue;
    } finally {
        // 释放锁
        lock.unlock();
    }
}

处理流程如下：

• 获取锁，获取数组elements，数组长度为length，获取索引的值elements[index]，计算需要移动的元素个数(length - index - 1),若个数为0，则表示移除的是数组的最后一个元素，复制elements数组，复制长度为length-1，然后设置数组，进入步骤③；否则，进入步骤②
• 先复制index索引前的元素，再复制index索引后的元素，然后设置数组。
• 释放锁，返回旧值。

注意

CopyOnWriteArrayList解决 fail-fast 的问题不是通过迭代器来remove或add元素的，而是通过list本身的remove和add方法，所以add的元素位置也不一样，迭代器是当前位置后面一个，CopyOnWriteArrayList是直接放到最后。

有想法的同学可以看看CopyOnWriteArrayList的listIterator和iterator，其实是一样的，都是返回的COWIterator内部类。

在COWIterator内部类中是不支持remove、set、add操作的，至少我使用的jdk1.8是不支持，会直接抛出UnsupportedOperationException异常：

先写到这儿，后面有空再补充。

到此这篇关于面试题:java中为什么foreach中不允许对元素进行add和remove的文章就介绍到这了,更多相关foreach不允许对元素进行add和remove内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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