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集合中的 for-Each循环

来源:互联网 收集:自由互联 发布时间:2022-08-10
 数组的加强型的for-Each循环很简单,我们再来看一下集合中的for-Each 循环又是怎么样的。我们都知道集合中的遍历都是通过迭代(iterator)完成的。也许有人说,也可以按照下面的方式

 数组的加强型的for-Each循环很简单,我们再来看一下集合中的for-Each 循环又是怎么样的。我们都知道集合中的遍历都是通过迭代(iterator)完成的。也许有人说,也可以按照下面的方式来遍历集合,不一定非要使用迭代:

1 List<String> list = new LinkedList<String>();
2 list.add("a");
3 list.add("b");
4 list.add("c");
5 for(int i=0;i<list.size();i++){
6 String item = list.get(i);
7 System.out.println(item);
8

 

  然而,这种方式对于基于链表实现的List来说,是比较耗性能的,因为get(int i)方法包含了一个循环,而且这个循环就是迭代遍历一次List,直到遇到第i个元素,才停止循环,返回第i个元素。对于数量小,遍历不频繁的List来说,开销可以忽略。否则,开销将不容忽视。

所以,正确集合遍历是使用迭代器Iterator来遍历的:

1 List<String> list = new LinkedList<String>();
2 list.add("a");
3 list.add("b");
4 list.add("c");
5 //获取集合的迭代器
6 Iterator<String> itor = list.iterator();
7 //集合的普通for循环
8 for(;itor.hasNext();){//相当于 while(itor.hasNext())
9 String item = itor.next();
10 System.out.println(item);
11

 

再看看对应的for-Each循环的例子:

1 List<String> list = new LinkedList<String>();
2 list.add("a");
3 list.add("b");
4 list.add("c");
5 for(String item:list){//for-Each
6 System.out.println(item);
7

 

可以看出,for-Each循环比普通for循环要简洁很多。我们依旧回答上面的两个问题:

  • 编译器是如何处理 集合中的for-Each循环的?
  • 1 public static void main(String args[])
    2 {
    3 List list = new LinkedList();
    4 list.add("aa");
    5 list.add("bb");
    6 for(String item:list)
    7 {
    8 if("bb".equals(item))
    9 list.add("cc");
    10 }
    11

     

    我们看一下上面例子的 反编译代码:

    1 public static void main(String args[])
    2 {
    3 List list = new LinkedList();
    4 list.add("aa");
    5 list.add("bb");
    6 for(Iterator iterator = list.iterator(); iterator.hasNext();)
    7 {
    8 String item = (String)iterator.next();
    9 if("bb".equals(item))
    10 list.add("cc");
    11 }
    12

     

      与数组类似,编译器最终也就是将集合中的for-Each循环处理成集合的普通for循环。 而集合的​​Collection​​​接口通过扩展​​Iterable​​​接口来提供​​iterator()​​​方。那么我们换一个角度,是不是只要实现 ​​Iterable​​​接口,提供​​iterator()​​方法,也可以使用 for-Each循环呢?来看个例子:

    class MyList<T> implements Iterable<T>{
    private ArrayList<T> list = new ArrayList<>();
    public void addId(T id){
    list.add(id);
    }
    public boolean removeId(T id){
    return list.remove(id);
    }
    @Override
    public Iterator<T> iterator() {//扩展自Iterable接口
    //为了简单起见,就直接使用已有的迭代器
    return list.iterator();
    }
    public static void main(String[] args) {
    MyList<String> myList = new MyList<>();
    myList.addId("666999");
    myList.addId("973219");
    //for-Each
    for(String item:myList){
    System.out.println(item);
    }
    }
    }

     

      上面的例子编译通过,并且运行无误。所以,只要实现了​​Iterable​​接口的类,都可以使用for-Each循环来遍历。

    集合迭代的陷阱

      集合循环遍历时所使用的迭代器Iterator有一个要求:在迭代的过程中,除了使用迭代器(如:​​Iterator.remove()​​方法)对集合增删元素外,是不允许直接对集合进行增删操作。否则将会抛出 ConcurrentModificationException异常。所以,由于集合的for-Each循环本质上使用的还是Iterator来迭代,因此也要注意这个陷阱。for-Each循环很隐蔽地使用了Iterator,导致程序员很容易忽略掉这个细节,所以一定要注意。看下面的例子,for-Each循环中修改了集合。

    public static void main(String[] args) {
    List<String> list = new LinkedList<>();
    list.add("aa");
    list.add("bb");
    for (String item : list) {//for-Each
    if ("bb".equals(item)) {
    list.add("cc"); //直接操作list
    }
    }
    }

     

    运行抛出异常:

    集合中的 for-Each循环_迭代器
      上面仅仅是 单线程 下的情况,如果你有并发编程的基础的话,就会知道:在 多线程 的环境中,线程是交替运行的(时间片轮转调度)。这就意味着,如果有两个线程A、B,线程A对集合使用Iterator迭代遍历,线程B则对集合进行增删操作。线程A、B一旦交替运行,就会出现在迭代的同时对集合增删的效果,也会抛出异常。解决办法就是加锁变成原子操作,多线程在这里不是本文重点,不多说了。

    2. 集合中的for-Each循环能代替集合的普通for循环吗?

      同样也是不能的。集合中的for-Each循环的局限性与数组的for-Each循环是一样的。集合的for-Each循环是不能对集合进行增删操作、也不能获取索引。而集合的普通for循环可以使用的迭代器提供了对集合的增删方法(如:​​Iterator.remove​​​,​​ListIterator.add()​​​),获取索引的方法(如:​​ListIterator.nextIndex()​​​、​​ListIterator.previousIndex()​​);

    三、Iterator源码分析

      我们来分析一下Iterator源码,主要看看为什么在集合迭代时,修改集合可能会抛出​​ConcurrentModificationException​​异常。以ArrayList中实现的Iterator为例。

    先来看一下​​ArrayList.iterator()​​方法,如下:

    1 public Iterator<E> iterator() {
    2 return new Itr();
    3

     

    ​​iterator()​​​方法直接创建了一个类Itr的对象。那就接着看 Itr类的定义吧!发现​​Itr​​​其实是​​ArrayList​​​的内部类,实现了 ​​Iterator​​ 接口。

    /**
    * An optimized version of AbstractList.Itr
    */
    private class Itr implements Iterator<E> {
    int cursor; // 当前的索引值,index of next element to return
    int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
    int expectedModCount = modCount;
    public boolean hasNext() {
    return cursor != size;
    }
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E next() {
    checkForComodification();
    int i = cursor;
    if (i >= size)
    throw new NoSuchElementException();
    //ArrayList的底层数组
    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;
    //再次更新 expectedModCount
    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();
    }
    }

     

      ​​ArrayList.this.elementData​​​是​​ArrayList​​​的底层数组,上面这些方法都很简单,都是对​​ArrayList.this.elementData​​​这个底层数组进行操作。
      重点看一下​​​checkForComodification()​​​方法,这个方法就是用来抛出​​ConcurrentModificationException​​​异常,这个方法也很简单,就是判断​​modCount​​​与​​expectedModCount​​​是否相等。​​modCount​​​存储的​​AarryList​​​中的元素个数。而​​expectedModCount​​​则是对象创建时将​​modCount​​​的值赋给它,也就是说​​expectedModCount​​​存储的是迭代器创建时元素的个数。那么​​checkForComodification()​​​方法其实在比较迭代期间,​​ArrayList​​​元素的个数 是否发生了改变,如果改变了,就抛出异常。注意一下,​​expectedModCount​​​除了在声明时赋值外,也在​​remove()​​方法中更新了一次。



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