Java面试为何阿里强制要求不在foreach里执行删除操作

小二听完就面露喜色，因为两年前，也就是 2021 年，他在《java 程序员进阶之路》专栏上的第 63 篇看到过这题????。

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https://github.com/itwanger/tobebetterjavaer

为了镇楼，先搬一段英文来解释一下 fail-fast。

in systems design, a fail-fast system is one which immediately reports at its interface any condition that is likely to indicate a failure. fail-fast systems are usually designed to stop normal operation rather than attempt to continue a possibly flawed process. such designs often check the system's state at several points in an operation, so any failures can be detected early. the responsibility of a fail-fast module is detecting errors, then letting the next-highest level of the system handle them.

这段话的大致意思就是，fail-fast 是一种通用的系统设计思想，一旦检测到可能会发生错误，就立马抛出异常，程序将不再往下执行。

public void test(wanger wanger) {   
    if (wanger == null) {
        throw new runtimeexception("wanger 不能为空");
    }
    
    system.out.println(wanger.tostring());
}

一旦检测到 wanger 为 null，就立马抛出异常，让调用者来决定这种情况下该怎么处理，下一步 wanger.tostring() 就不会执行了——避免更严重的错误出现。

很多时候，我们会把 fail-fast 归类为 java 集合框架的一种错误检测机制，但其实 fail-fast 并不是 java 集合框架特有的机制。

之所以我们把 fail-fast 放在集合框架篇里介绍，是因为问题比较容易再现。

list<string> list = new arraylist<>();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("一个文章真特么有趣的程序员");

for (string str : list) {
	if ("沉默王二".equals(str)) {
		list.remove(str);
	}
}

system.out.println(list);

这段代码看起来没有任何问题，但运行起来就报错了。

根据错误的堆栈信息，我们可以定位到 arraylist 的第 901 行代码。

final void checkforcomodification() {
    if (modcount != expectedmodcount)
        throw new concurrentmodificationexception();
}

也就是说，remove 的时候触发执行了 checkforcomodification 方法，该方法对 modcount 和 expectedmodcount 进行了比较，发现两者不等，就抛出了 concurrentmodificationexception 异常。

为什么会执行 checkforcomodification 方法呢？

是因为 for-each 本质上是个语法糖，底层是通过迭代器 iterator 配合 while 循环实现的，来看一下反编译后的字节码。

list<string> list = new arraylist();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("一个文章真特么有趣的程序员");
iterator var2 = list.iterator();

while(var2.hasnext()) {
    string str = (string)var2.next();
    if ("沉默王二".equals(str)) {
        list.remove(str);
    }
}

system.out.println(list);

来看一下 arraylist 的 iterator 方法吧：

public iterator<e> iterator() {
    return new itr();
}

内部类 itr 实现了 iterator 接口。

private class itr implements iterator<e> {
    int cursor;       // index of next element to return
    int lastret = -1; // index of last element returned; -1 if no such
    int expectedmodcount = modcount;

    itr() {}

    public boolean hasnext() {
        return cursor != size;
    }

    @suppresswarnings("unchecked")
    public e next() {
        checkforcomodification();
        int i = cursor;
        object[] elementdata = arraylist.this.elementdata;
        if (i >= elementdata.length)
            throw new concurrentmodificationexception();
        cursor = i + 1;
        return (e) elementdata[lastret = i];
    }
}

也就是说 new itr() 的时候 expectedmodcount 被赋值为 modcount，而 modcount 是 list 的一个成员变量，表示集合被修改的次数。由于 list 此前执行了 3 次 add 方法。

• add 方法调用 ensurecapacityinternal 方法
• ensurecapacityinternal 方法调用 ensureexplicitcapacity 方法
• ensureexplicitcapacity 方法中会执行 modcount++

所以 modcount 的值在经过三次 add 后为 3，于是 new itr() 后 expectedmodcount 的值也为 3。

执行第一次循环时，发现“沉默王二”等于 str，于是执行 list.remove(str)。

• remove 方法调用 fastremove 方法
• fastremove 方法中会执行 modcount++

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; // clear to let gc do its work
}

modcount 的值变成了 4。

执行第二次循环时，会执行 itr 的 next 方法（string str = (string) var3.next();），next 方法就会调用 checkforcomodification 方法，此时 expectedmodcount 为 3，modcount 为 4，就只好抛出 concurrentmodificationexception 异常了。

那其实在阿里巴巴的 java 开发手册里也提到了，不要在 for-each 循环里进行元素的 remove/add 操作。remove 元素请使用 iterator 方式。

那原因其实就是我们上面分析的这些，出于 fail-fast 保护机制。

那该如何正确地删除元素呢？

1）remove 后 break

list<string> list = new arraylist<>();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("一个文章真特么有趣的程序员");

for (string str : list) {
	if ("沉默王二".equals(str)) {
		list.remove(str);
		break;
	}
}

break 后循环就不再遍历了，意味着 iterator 的 next 方法不再执行了，也就意味着 checkforcomodification 方法不再执行了，所以异常也就不会抛出了。

但是呢，当 list 中有重复元素要删除的时候，break 就不合适了。

2）for 循环

list<string> list = new arraylist<>();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("一个文章真特么有趣的程序员");
for (int i = 0, n = list.size(); i < n; i++) {
	string str = list.get(i);
	if ("沉默王二".equals(str)) {
		list.remove(str);
	}
}

for 循环虽然可以避开 fail-fast 保护机制，也就说 remove 元素后不再抛出异常；但是呢，这段程序在原则上是有问题的。为什么呢？

第一次循环的时候，i 为 0，list.size() 为 3，当执行完 remove 方法后，i 为 1，list.size() 却变成了 2，因为 list 的大小在 remove 后发生了变化，也就意味着“沉默王三”这个元素被跳过了。能明白吗？

remove 之前 list.get(1) 为“沉默王三”；但 remove 之后 list.get(1) 变成了“一个文章真特么有趣的程序员”，而 list.get(0) 变成了“沉默王三”。

3）使用 iterator

list<string> list = new arraylist<>();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("一个文章真特么有趣的程序员");

iterator<string> itr = list.iterator();

while (itr.hasnext()) {
	string str = itr.next();
	if ("沉默王二".equals(str)) {
		itr.remove();
	}
}

为什么使用 iterator 的 remove 方法就可以避开 fail-fast 保护机制呢？看一下 remove 的源码就明白了。

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();
    }
}

删除完会执行 expectedmodcount = modcount，保证了 expectedmodcount 与 modcount 的同步。

简单地总结一下，fail-fast 是一种保护机制，可以通过 for-each 循环删除集合的元素的方式验证这种保护机制。

那也就是说，for-each 本质上是一种语法糖，遍历集合时很方面，但并不适合拿来操作集合中的元素（增删）。

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