面试：为什么foreach中不允许对元素进行add和remove
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2021-10-25 20:08
来源 | 公众号 我是程序汪
阿粉的读者遇到了一个比较经典的面试题，也就是标题上说的，为什么 foreach 中不允许对元素进行 add 和 remove。阿粉就这个问题深入分析一下为什么不让使用 add 和 remove，并且实际运行一下，我们来看一下。
ArrayList
我们先来看看 ArrayList 中如果我们使用了 add 和 remove 会出现什么样子的结果，然后我们分析一下。
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
//把元素放到list里面去
for (int i = 0 ; i < 10 ; i++ ) {
list.add(i + "");
}
for (String s: list) {
if ("5".equals(s)){
list.remove(5);
}
System.out.println(s);
}
}
我们先看看结果是什么样子的。
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)
这时候就有人说，你为啥不直接用 iterator 迭代器遍历呢？其实说这话的，一般都是没去看过源码的，为什么这么说，如果你要是反编译出来 foreach 这一段代码，那么你肯定发现内部是使用迭代器实现的，既然这样，那好，我们再用迭代器遍历一下试试。
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public static void main(String[] args) {
List<Integer> list = new ArrayList<>();
//把元素放到list里面去
for (int i = 0 ; i < 10 ; i++ ) {
list.add(i);
}
Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
Integer integer = iterator.next();
if(integer==5){
list.remove(); //注意这个地方
}
}
}
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)
都出现了相同的异常 ConcurrentModificationException ，既然它已经给我们提示出异常的位置了，那么我们就来看看 ArrayList 的源码中，是什么样子的。
异常位置
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？
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。
public E remove(int index) {
rangeCheck(index); //检查index是否合法
modCount++; //modCout直接++
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // 设置为null方便GC
}
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？
expectedModCount 是 ArrayList 中的一个内部类——Itr中的成员变量。
我们来找找源码。
int expectedModCount = modCount;
而 expectedModCount 表示对ArrayList修改次数的期望值，它的初始值为 modCount。
我们看一下 ArrayList 中的内部类是怎么给他赋值了，毕竟他的初始值是 modCount，而这个内部类就是 iterator 。
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，他是通过判断modCount和expectedModCount是否相等来决定是否抛出并发修改异常.
final int expectedModCount = modCount;
也就是说，expectedModCount 初始化为 modCount 了，但是后面 expectedModCount 他没有修改呀，而在 remove 和 add 的过程中 modCount 是进行了修改了的，这就导致了如果执行的时候，他就会通过 checkForComodification 方法来判断两个是否相等，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。
而这种 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<>();
//把元素放到list里面去
for (int i = 0 ; i < 10 ; i++ ) {
list.add(i);
}
System.out.print("没有删除元素前"+list.toString());
Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
Integer integer = iterator.next();
if(integer==5){
iterator.remove(); //注意这个地方
}
}
System.out.print("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, 5, 6, 7, 8, 9]
删除元素后[0, 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9]
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.
其实还有一种方式 那就是 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<>();
//把元素放到list里面去
for (int i = 0 ; i < 10 ; i++ ) {
list.add(i);
}
System.out.print("没有删除元素前"+list.toString());
Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
Integer integer = iterator.next();
if(integer==5){
list.remove(5); //注意这个地方
}
}
System.out.print("删除元素后"+list.toString());
}
我们运行后结果是一样的，
没有删除元素前[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
删除元素后[0, 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9]
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他实现了对这个元素中间进行移除的操作，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，所以阿粉个人不是很推荐，但是写出来的必要还是有的，毕竟是个人建议，各位看官看是不是会如何在 foreach 中去 remove了？
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