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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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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