ArrayIndexOutOfBoundsException 解析

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叙述

在逛 Stack Overflow 的时候，发现了一些访问量像昆仑山一样高的问题，比如说这个：为什么会发生 ArrayIndexOutOfBoundsException？这样看似简单到不值得一问的问题，访问量足足有 69万+，这不得了啊！说明有不少的初级程序员被这个问题困扰过。实话实说吧，我也有点吃不准为什么。

来回顾一下提问者的问题：

如果你也曾被这个问题困扰过，或者正在被困扰，就请随我一起来梳理一下问题的答案。打怪进阶喽！

来看这样一段代码，它就可以引起 ArrayIndexOutOfBoundsException。

String[] names = { "沉", "默", "王", "二" };
for (int i = 0; i <= names.length; i++) {
    System.out.println(names[i]);
}

错误的堆栈信息如下所示。

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 4
    at com.cmower.java_demo.*.Cmower1.main(Cmower1.java:7)

抛出这个错误的原因是由于数组使用了非法的下标访问，比如说下标为负数或者大于或者等于数组的长度。

因为数组 names 的长度为 4，但下标的起始位置为 0，而不是 1，导致 names[4] 的时候越界了。这个问题的修正方法蛮简单的，就是把 <= 改为 <。

String[] names = { "沉", "默", "王", "二" };
for (int i = 0; i < names.length; i++) {
    System.out.println(names[i]);
}

当 i 为 4 的时候要跳出 for 循环，names 的最大下标值为 3 而不是 4。

Java 的下标都是从 0 开始编号的（我不确定有没有从 1 开始的编程语言），这和我们平常生活中从 1 开始编号的习惯不同。Java 这样做的原因如下：

比如说，10 个元素的数组其结构如下图所示。编号从 0 开始，第 9 个元素将在下标 8 处访问。

为了摆脱 ArrayIndexOutOfBoundsException 的困扰，除了 i < 0; i < names.length；还有一种更值得推荐的做法——使用增强的 for 循环，当我们确定不需要使用下标的时候。

String[] names = { "沉", "默", "王", "二" };
for (String name : names) {
    System.out.println(name);
}

增强的 for 循环，彻底地甩掉了使用数组下标的可能性，也就彻底地摆脱了 ArrayIndexOutOfBoundsException。虽然这只是针对我们开发者来说。

实际上，Java 会把增强的 for 循环语句解释为普通的 for 循环语句，仍然会使用下标。

String[] names = new String[]{"沉", "默", "王", "二"};
String[] var2 = names;
int var3 = names.length;

for(int var4 = 0; var4 < var3; ++var4) {
    String name = var2[var4];
    System.out.println(name);
}

下标 var4 的起始值为 0，var3 为数组的长度；当 var4 自增长为 4 的时候，发现 var4 不小于 var3，于是循环退出。

但不管怎么说，增强的 for 循环的确为我们开发者带来了福音——有效地摆脱了 ArrayIndexOutOfBoundsException。

来对比一下普通的 for 循环和反编译后的增强 for 循环，看看它们之间有什么区别。

for (int i = 0; i < names.length; i++) {
    System.out.println(names[i]);
}

int var3 = names.length;
for(int var4 = 0; var4 < var3; ++var4) {
    String name = var2[var4];
    System.out.println(name);
}

从性能的角度来看，差别主要有两点。

1）增强的 for 循环在遍历之前获取了数组的长度，并保存到了一个临时变量 var3 中，这就避免了每次循环的时候再去获取一次数组长度。

2）增强的 for 循环使用了前置自增 ++var4，而普通的 for 循环使用了后置自增 i++。这两者之间是有一定的差别的，感兴趣的同学可以了解一下。

如果使用的是 JDK8 以上的版本，我们还可以这样遍历数组（不使用下标）。

第一种：使用 List.forEach。

Arrays.asList(names).forEach(System.out::println);

第二种：使用 Stream。

Stream.of(names).forEach(System.out::println);

如果需要对数组执行其他操作，比如说过滤等操作，可以将数组转换为“流”。

这两种做法都需要用到 forEach() 方法，该方法其实是通过增强的 for 循环实现的，源码如下所示。

public void forEach(Consumer<? super E> action) {
    Objects.requireNonNull(action);
    for (E e : a) {
        action.accept(e);
    }
}

说到底，如果想要摆脱 ArrayIndexOutOfBoundsException 的困扰，使用增强的 for 循环来遍历数组就对了。把我们开发者容易疏忽的错误（比如 i <= names.length）交给智能化的编译器来处理，就是最好的办法。