前段時(shí)間，同事在代碼中 KW 掃描的時(shí)候出現(xiàn)這樣一條：

上面出現(xiàn)這樣的原因是在使用 foreach 對(duì) HashMap 進(jìn)行遍歷時(shí)，同時(shí)進(jìn)行 put 賦值操作會(huì)有問題，異常 ConcurrentModificationException。

于是幫同簡(jiǎn)單的看了一下，印象中集合類在進(jìn)行遍歷時(shí)同時(shí)進(jìn)行刪除或者添加操作時(shí)需要謹(jǐn)慎，一般使用迭代器進(jìn)行操作。

于是告訴同事，應(yīng)該使用迭代器 Iterator 來對(duì)集合元素進(jìn)行操作。同事問我為什么？這一下子把我問蒙了？對(duì)啊，只是記得這樣用不可以，但是好像自己從來沒有細(xì)究過為什么？

于是今天決定把這個(gè) HashMap 遍歷操作好好地研究一番，防止采坑！

foreach 循環(huán)？

Java foreach 語(yǔ)法是在 JDK 1.5 時(shí)加入的新特性，主要是當(dāng)作 for 語(yǔ)法的一個(gè)增強(qiáng)，那么它的底層到底是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？下面我們來好好研究一下：

foreach 語(yǔ)法內(nèi)部，對(duì) collection 是用 iterator 迭代器來實(shí)現(xiàn)的，對(duì)數(shù)組是用下標(biāo)遍歷來實(shí)現(xiàn)。Java 5 及以上的編譯器隱藏了基于 iteration 和數(shù)組下標(biāo)遍歷的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。

注意：這里說的是“Java 編譯器”或 Java 語(yǔ)言對(duì)其實(shí)現(xiàn)做了隱藏，而不是某段 Java 代碼對(duì)其實(shí)現(xiàn)做了隱藏，也就是說，我們?cè)谌魏我欢?JDK 的 Java 代碼中都找不到這里被隱藏的實(shí)現(xiàn)。這里的實(shí)現(xiàn)，隱藏在了Java 編譯器中，查看一段 foreach 的 Java 代碼編譯成的字節(jié)碼，從中揣測(cè)它到底是怎么實(shí)現(xiàn)的了。

我們寫一個(gè)例子來研究一下：

publicclassHashMapIteratorDemo{
String[]arr={
"aa",
"bb",
"cc"
};

publicvoidtest1(){
for(Stringstr:arr){}
}
}

將上面的例子轉(zhuǎn)為字節(jié)碼反編譯一下（主函數(shù)部分）：

也許我們不能很清楚這些指令到底有什么作用，但是我們可以對(duì)比一下下面段代碼產(chǎn)生的字節(jié)碼指令：

publicclassHashMapIteratorDemo2{
String[]arr={
"aa",
"bb",
"cc"
};

publicvoidtest1(){
for(inti=0;i

	

	看看兩個(gè)字節(jié)碼文件，有木有發(fā)現(xiàn)指令幾乎相同，如果還有疑問我們?cè)倏纯磳?duì)集合的 foreach 操作：

	通過 foreach 遍歷集合：

	
publicclassHashMapIteratorDemo3{
Listlist=newArrayList();

publicvoidtest1(){
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);

for(Integer
var:list){}
}
}


	

	通過 Iterator 遍歷集合：

	
publicclassHashMapIteratorDemo4{
Listlist=newArrayList();

publicvoidtest1(){
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);

Iteratorit=list.iterator();
while(it.hasNext()){
Integer
var=it.next();
}
}
}



	

	將兩個(gè)方法的字節(jié)碼對(duì)比如下：

	

	我們發(fā)現(xiàn)兩個(gè)方法字節(jié)碼指令操作幾乎一模一樣；

	這樣我們可以得出以下結(jié)論：

	對(duì)集合來說，由于集合都實(shí)現(xiàn)了 Iterator 迭代器，foreach 語(yǔ)法最終被編譯器轉(zhuǎn)為了對(duì) Iterator.next() 的調(diào)用；

	對(duì)于數(shù)組來說，就是轉(zhuǎn)化為對(duì)數(shù)組中的每一個(gè)元素的循環(huán)引用。

	HashMap 遍歷集合并對(duì)集合元素進(jìn)行 remove、put、add

	1、現(xiàn)象

	根據(jù)以上分析，我們知道 HashMap 底層是實(shí)現(xiàn)了 Iterator 迭代器的 ，那么理論上我們也是可以使用迭代器進(jìn)行遍歷的，這倒是不假，例如下面：

	
publicclassHashMapIteratorDemo5{
publicstaticvoidmain(String[]args){
Mapmap=newHashMap();
map.put(1,"aa");
map.put(2,"bb");
map.put(3,"cc");

for(Map.Entryentry:map.entrySet()){
intk=entry.getKey();
Stringv=entry.getValue();
System.out.println(k+"="+v);
}
}
}



	

	輸出：

	

	OK，遍歷沒有問題，那么操作集合元素 remove、put、add 呢？

	
publicclassHashMapIteratorDemo5{
publicstaticvoidmain(String[]args){
Mapmap=newHashMap();
map.put(1,"aa");
map.put(2,"bb");
map.put(3,"cc");

for(Map.Entryentry:map.entrySet()){
intk=entry.getKey();
if(k==1){
map.put(1,"AA");
}
Stringv=entry.getValue();
System.out.println(k+"="+v);
}
}
}



	

	執(zhí)行結(jié)果：

	

	執(zhí)行沒有問題，put 操作也成功了。

	但是！但是！但是！問題來了！?。?/p>

	我們知道 HashMap 是一個(gè)線程不安全的集合類，如果使用 foreach 遍歷時(shí)，進(jìn)行add， remove 操作會(huì) java.util.ConcurrentModificationException 異常。put 操作可能會(huì)拋出該異常。（為什么說可能，這個(gè)我們后面解釋）

	為什么會(huì)拋出這個(gè)異常呢？

	我們先去看一下 Java API 文檔對(duì) HasMap 操作的解釋吧。

	

	翻譯過來大致的意思就是：該方法是返回此映射中包含的鍵的集合視圖。

	集合由映射支持，如果在對(duì)集合進(jìn)行迭代時(shí)修改了映射（通過迭代器自己的移除操作除外），則迭代的結(jié)果是未定義的。集合支持元素移除，通過 Iterator.remove、set.remove、removeAll、retainal 和 clear 操作從映射中移除相應(yīng)的映射。簡(jiǎn)單說，就是通過 map.entrySet() 這種方式遍歷集合時(shí)，不能對(duì)集合本身進(jìn)行 remove、add 等操作，需要使用迭代器進(jìn)行操作。

	對(duì)于 put 操作，如果這個(gè)操作時(shí)替換操作如上例中將第一個(gè)元素進(jìn)行修改，就沒有拋出異常，但是如果是使用 put 添加元素的操作，則肯定會(huì)拋出異常了。我們把上面的例子修改一下：

	
publicclassHashMapIteratorDemo5{
publicstaticvoidmain(String[]args){
Mapmap=newHashMap();
map.put(1,"aa");
map.put(2,"bb");
map.put(3,"cc");

for(Map.Entryentry:map.entrySet()){
intk=entry.getKey();
if(k==1){
map.put(4,"AA");
}
Stringv=entry.getValue();
System.out.println(k+"="+v);
}
}
}


	

	執(zhí)行出現(xiàn)異常：

	

	這就是驗(yàn)證了上面說的 put 操作可能會(huì)拋出 java.util.ConcurrentModificationException 異常。

	但是有疑問了，我們上面說過 foreach 循環(huán)就是通過迭代器進(jìn)行的遍歷??？為什么到這里是不可以了呢？

	這里其實(shí)很簡(jiǎn)單，原因是我們的遍歷操作底層確實(shí)是通過迭代器進(jìn)行的，但是我們的 remove 等操作是通過直接操作 map 進(jìn)行的，如上例子：map.put(4, "AA"); //這里實(shí)際還是直接對(duì)集合進(jìn)行的操作，而不是通過迭代器進(jìn)行操作。所以依然會(huì)存在 ConcurrentModificationException 異常問題。

	2、細(xì)究底層原理

	我們?cè)偃タ纯?HashMap 的源碼，通過源代碼，我們發(fā)現(xiàn)集合在使用 Iterator 進(jìn)行遍歷時(shí)都會(huì)用到這個(gè)方法：

	
finalNodenextNode(){
Node[]t;
Nodee=next;
if(modCount!=expectedModCount)
thrownewConcurrentModificationException();
if(e==null)
thrownewNoSuchElementException();
if((next=(current=e).next)==null&&(t=table)!=null){
do{}while(index

	

	這里 modCount 是表示 map 中的元素被修改了幾次(在移除，新加元素時(shí)此值都會(huì)自增)，而 expectedModCount 是表示期望的修改次數(shù)，在迭代器構(gòu)造的時(shí)候這兩個(gè)值是相等，如果在遍歷過程中這兩個(gè)值出現(xiàn)了不同步就會(huì)拋出 ConcurrentModificationException 異常。

	現(xiàn)在我們來看看集合 remove 操作：

	（1）HashMap 本身的 remove 實(shí)現(xiàn)：

	

	
publicVremove(Objectkey){
Nodee;
return(e=removeNode(hash(key),key,null,false,true))==null?
null:e.value;
}


	

	（2）HashMap.KeySet 的 remove 實(shí)現(xiàn)

	
publicfinalbooleanremove(Objectkey){
returnremoveNode(hash(key),key,null,false,true)!=null;
}


	

	（3）HashMap.EntrySet 的 remove 實(shí)現(xiàn)

	
publicfinalbooleanremove(Objecto){
if(oinstanceofMap.Entry){
Map.Entry<e=(Map.Entry<)o;
Objectkey=e.getKey();
Objectvalue=e.getValue();
returnremoveNode(hash(key),key,value,true,true)!=null;
}
returnfalse;
}


	

	（4）HashMap.HashIterator 的 remove 方法實(shí)現(xiàn)

	
publicfinalvoidremove(){
Nodep=current;
if(p==null)
thrownewIllegalStateException();
if(modCount!=expectedModCount)
thrownewConcurrentModificationException();
current=null;
Kkey=p.key;
removeNode(hash(key),key,null,false,false);
expectedModCount=modCount;//--這里將expectedModCount與modCount進(jìn)行同步
}


	

	以上四種方式都通過調(diào)用 HashMap.removeNode 方法來實(shí)現(xiàn)刪除key的操作。在 removeNode 方法內(nèi)只要移除了 key， modCount 就會(huì)執(zhí)行一次自增操作，此時(shí) modCount 就與 expectedModCount 不一致了；

	
finalNoderemoveNode(inthash,Objectkey,Objectvalue,
booleanmatchValue,booleanmovable){
Node[]tab;
Nodep;
intn,index;
if((tab=table)!=null&&(n=tab.length)>0&&
...
if(node!=null&&(!matchValue||(v=node.value)==value||
(value!=null&&value.equals(v)))){
if(nodeinstanceofTreeNode)
((TreeNode)node).removeTreeNode(this,tab,movable);
elseif(node==p)
tab[index]=node.next;
else
p.next=node.next;
++modCount;//----這里對(duì)modCount進(jìn)行了自增，可能會(huì)導(dǎo)致后面與expectedModCount不一致
--size;
afterNodeRemoval(node);
returnnode;
}
}
returnnull;
}


	

	上面三種 remove 實(shí)現(xiàn)中，只有第三種 iterator 的 remove 方法在調(diào)用完 removeNode 方法后同步了 expectedModCount 值與 modCount 相同，所以在遍歷下個(gè)元素調(diào)用 nextNode 方法時(shí)，iterator 方式不會(huì)拋異常。

	到這里是不是有一種恍然大明白的感覺呢！

	所以，如果需要對(duì)集合遍歷時(shí)進(jìn)行元素操作需要借助 Iterator 迭代器進(jìn)行，如下：

	
publicclassHashMapIteratorDemo5{
publicstaticvoidmain(String[]args){
Mapmap=newHashMap();
map.put(1,"aa");
map.put(2,"bb");
map.put(3,"cc");

Iterator>it=map.entrySet().iterator();
while(it.hasNext()){
Map.Entryentry=it.next();
intkey=entry.getKey();
if(key==1){
it.remove();
}
}
}
}


	

	





	審核編輯：劉清