【原理探究】女朋友问我ArrayList遍历时删除元素的正确姿势是什么?

本文已收录到1.1K Star数开源学习指南——《大厂面试指北》,如果想要了解更多大厂面试相关的内容及获取《大厂面试指北》离线PDF版,请扫描下方二维码码关注公众号“大厂面试”,谢谢大家了!

《大厂面试指北》最佳阅读地址:

http://notfound9.github.io/interviewGuide/

《大厂面试指北》项目地址:

https://github.com/NotFound9/interviewGuide

获取《大厂面试指北》离线PDF版,请扫描下方二维码关注公众号“大厂面试”

《大厂面试指北》项目截图:

精彩回顾:

【大厂面试01期】高并发场景下,如何保证缓存与数据库一致性?

【大厂面试02期】Redis过期key是怎么样清理的?

【大厂面试03期】MySQL是怎么解决幻读问题的?

【大厂面试04期】讲讲一条MySQL更新语句是怎么执行的?

【大厂面试05期】说一说你对MySQL中锁的理解?

【大厂面试06期】谈一谈你对Redis持久化的理解?

【大厂面试07期】说一说你对synchronized锁的理解?

【大厂面试08期】谈一谈你对HashMap的理解?

简介

我们在项目开发过程中,经常会有需求需要删除ArrayList中的某个元素,而使用不正确的删除方式,就有可能抛出异常。或者在面试中,会遇到面试官询问遍历时如何正常删除元素。所以在本篇文章中,我们会对几种删除元素的方式进行测试,并对原理进行研究,希望可以帮助到大家!

ArrayList遍历时删除元素的几种姿势

首先结论如下:

第1种方法 - 普通for循环正序删除(结果:会漏掉元素判断)

第2种方法 - 普通for循环倒序删除(结果:正确删除)

第3种方法 - for-each循环删除(结果:抛出异常)

第4种方法 - Iterator遍历,使用ArrayList.remove()删除元素(结果:抛出异常)

第5种方法 - Iterator遍历,使用Iterator的remove删除元素(结果:正确删除)

下面让我们来详细探究一下原因吧!

首先初始化一个数组arrayList,假设我们要删除等于3的元素。

   public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList();
        arrayList.add(1);
        arrayList.add(2);
        arrayList.add(3);
        arrayList.add(3);
        arrayList.add(4);
        arrayList.add(5);
        removeWayOne(arrayList);
    }

第1种方法 - 普通for循环正序删除(结果:会漏掉元素判断)

for (int i = 0; i < arrayList.size(); i++) {
    if (arrayList.get(i) == 3) {//3是要删除的元素
        arrayList.remove(i);
        //解决方案: 加一行代码i = i - 1; 删除元素后,下标减1
    }
    System.out.println("当前arrayList是"+arrayList.toString());
}
//原ArrayList是[1, 2, 3, 3, 4, 5]
//删除后是[1, 2, 3, 4, 5]

输出结果:

当前arrayList是[1, 2, 3, 3, 4, 5]
当前arrayList是[1, 2, 3, 3, 4, 5]
当前arrayList是[1, 2, 3, 4, 5]
当前arrayList是[1, 2, 3, 4, 5]
当前arrayList是[1, 2, 3, 4, 5]

可以看到少删除了一个3,

原因在于调用remove删除元素时,remove方法调用System.arraycopy()方法将后面的元素移动到前面的位置,也就是第二个3会移动到数组下标为2的位置,而在下一次循环时,i+1之后,i会为3,不会对数组下标为2这个位置进行判断,所以这种写法,在删除元素时,被删除元素a的后一个元素b会移动a的位置,而i已经加1,会忽略对元素b的判断,所以如果是连续的重复元素,会导致少删除。

解决方案

可以在删除元素后,执行i=i-1,使得下次循环时再次对该数组下标进行判断。

第2种方法 - 普通for循环倒序删除(结果:正确删除)

 for (int i = arrayList.size() -1 ; i>=0; i--) {
    if (arrayList.get(i).equals(3)) {
        arrayList.remove(i);
    }
    System.out.println("当前arrayList是"+arrayList.toString());
}

输出结果:

当前arrayList是[1, 2, 3, 3, 4, 5]
当前arrayList是[1, 2, 3, 3, 4, 5]
当前arrayList是[1, 2, 3, 4, 5]
当前arrayList是[1, 2, 4, 5]
当前arrayList是[1, 2, 4, 5]
当前arrayList是[1, 2, 4, 5]

这种方法可以正确删除元素,因为调用remove删除元素时,remove方法调用System.arraycopy()将被删除元素a后面的元素向前移动,而不会影响元素a之前的元素,所以倒序遍历可以正常删除元素。

第3种方法 - for-each循环删除(结果:抛出异常)

public static void removeWayThree(ArrayList<Integer> arrayList) {
    for (Integer value : arrayList) {
        if (value.equals(3)) {//3是要删除的元素
            arrayList.remove(value);
        }
    System.out.println("当前arrayList是"+arrayList.toString());
    }
}

输出结果:

当前arrayList[1, 2, 3, 3, 4, 5]
当前arrayList[1, 2, 3, 3, 4, 5]
当前arrayList[1, 2, 3, 4, 5]
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:901)
    at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:851)
    at com.test.ArrayListTest1.removeWayThree(ArrayListTest1.java:50)
    at com.test.ArrayListTest1.main(ArrayListTest1.java:24)

会抛出ConcurrentModificationException异常,主要在于for-each的底层实现是使用ArrayList.iterator的hasNext()方法和next()方法实现的,我们可以使用反编译进行验证,对包含上面的方法的类使用以下命令反编译验证

javac ArrayTest.java//生成ArrayTest.class文件
javap -c ArrayListTest.class//对class文件反编译

得到removeWayThree方法的反编译代码如下:

 public static void removeWayThree(java.util.ArrayList<java.lang.Integer>);
    Code:
       0: aload_0
       1: invokevirtual #12   // Method java/util/ArrayList.iterator:()Ljava/util/Iterator;
       4: astore_1
       5: aload_1
       6: invokeinterface #13,  1 // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z   调用Iterator.hasNext()方法
      11: ifeq          44
      14: aload_1
      15: invokeinterface #14,  1 // InterfaceMethod java/util/Iterator.next:()Ljava/lang/Object;调用Iterator.next()方法
      20: checkcast     #9                  // class java/lang/Integer
      23: astore_2
      24: aload_2
      25: iconst_3
      26: invokestatic  #4                  // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
      29: invokevirtual #10                 // Method java/lang/Integer.equals:(Ljava/lang/Object;)Z 
      32: ifeq          41
      35: aload_0
      36: aload_2
      37: invokevirtual #15                 // Method java/util/ArrayList.remove:(Ljava/lang/Object;)Z
      40: pop
      41: goto          5
      44: return

可以很清楚得看到Iterator.hasNext()来判断是否还有下一个元素,和Iterator.next()方法来获取下一个元素。而因为在删除元素时,remove()方法会调用fastRemove()方法,其中会对modCount+1,代表对数组进行了修改,将修改次数+1。

 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; // clear to let GC do its work
}

而当删除完元素后,进行下一次循环时,会调用下面源码中Itr.next()方法获取下一个元素,会调用checkForComodification()方法对ArrayList进行校验,判断在遍历ArrayList是否已经被修改,由于之前对modCount+1,而expectedModCount还是初始化时ArrayList.Itr对象时赋的值,所以会不相等,然后抛出ConcurrentModificationException异常。

那么有什么办法可以让expectedModCount及时更新呢?

可以看到下面Itr的源码中,在Itr.remove()方法中删除元素后会对 expectedModCount更新,所以我们在使用删除元素时使用Itr.remove()方法来删除元素就可以保证expectedModCount的更新了,具体看第5种方法。

private class Itr implements Iterator<E> {
        int cursor;       // 游标
        int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
        int expectedModCount = modCount;//期待的modCount值

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

        ("unchecked")
        public E next() {
            checkForComodification();//判断expectedModCount与当前的modCount是否一致
            int i = cursor;
            if (i >= size)
                throw new NoSuchElementException();
            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length)
                throw new ConcurrentModificationException();
            cursor = i + 1;
            return (E) elementData[lastRet = i];
        }

        public void remove() {
            if (lastRet < 0)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();
            try {
                ArrayList.this.remove(lastRet);
                cursor = lastRet;
                lastRet = -1;
                expectedModCount = modCount;//更新expectedModCount
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }

        final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

第4种方法 - Iterator遍历,使用ArrayList.remove()删除元素(结果:抛出异常)

Iterator<Integer> iterator = arrayList.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    Integer value = iterator.next();
    if (value.equals(3)) {//3是要删除的元素
            arrayList.remove(value);
    }
    System.out.println("当前arrayList是"+arrayList.toString());
}

输出结果:

当前arrayList[1, 2, 3, 3, 4, 5]
当前arrayList[1, 2, 3, 3, 4, 5]
当前arrayList[1, 2, 3, 4, 5]
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:901)
    at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:851)
    at com.test.ArrayListTest1.removeWayFour(ArrayListTest1.java:61)
    at com.test.ArrayListTest1.main(ArrayListTest1.java:25)

第3种方法在编译后的代码,其实是跟第4种是一样的,所以第四种写法也会抛出ConcurrentModificationException异常。这种需要注意的是,每次调用iterator的next()方法,会导致游标向右移动,从而达到遍历的目的。所以在单次循环中不能多次调用next()方法,不然会导致每次循环时跳过一些元素,我在一些博客里面看到了一些错误的写法,比如这一篇《在ArrayList的循环中删除元素,会不会出现问题?》文章中:

image-20200101124822998

先调用iterator.next()获取元素,与elem进行比较,如果相等,再调用list.remove(iterator.next());来移除元素,这个时候的iterator.next()其实已经不是与elem相等的元素了,而是后一个元素了,我们可以写个demo来测试一下

ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList();
arrayList.add(1);
arrayList.add(2);
arrayList.add(3);
arrayList.add(4);
arrayList.add(5);
arrayList.add(6);
arrayList.add(7);

Integer elem = 3;
Iterator iterator = arrayList.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(arrayList);
    if(iterator.next().equals(elem)) {
            arrayList.remove(iterator.next());
    }
} 

输出结果如下:

[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
[1, 2, 3, 5, 6, 7]
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:901)
    at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:851)
    at com.test.ArrayListTest1.main(ArrayListTest1.java:29)

可以看到移除的元素其实不是3,而是3之后的元素,因为调用了两次next()方法,导致游标多移动了。所以应该使用Integer value = iterator.next();将元素取出进行判断。

第5种方法 - Iterator遍历,使用Iterator的remove删除元素(结果:正确删除)

Iterator<Integer> iterator = arrayList.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    Integer value = iterator.next();
    if (value.equals(3)) {//3是需要删除的元素
        iterator.remove();
    }
}

输出结果:

当前arrayList[1, 2, 3, 3, 4, 5]
当前arrayList[1, 2, 3, 3, 4, 5]
当前arrayList[1, 2, 3, 4, 5]
当前arrayList[1, 2, 4, 5]
当前arrayList[1, 2, 4, 5]
当前arrayList[1, 2, 4, 5]

可以正确删除元素。

跟第3种和第4种方法的区别在于是使用iterator.remove();来移除元素,而在remove()方法中会对iterator的expectedModCount变量进行更新,所以在下次循环调用iterator.next()方法时,expectedModCount与modCount相等,不会抛出异常。

HashMap遍历时删除元素的几种姿势

首先结论如下:

第1种方法 - for-each遍历HashMap.entrySet,使用HashMap.remove()删除(结果:抛出异常)。

第2种方法-for-each遍历HashMap.keySet,使用HashMap.remove()删除(结果:抛出异常)。

第3种方法-使用HashMap.entrySet().iterator()遍历删除(结果:正确删除)。

下面让我们来详细探究一下原因吧!

HashMap的遍历删除方法与ArrayList的大同小异,只是api的调用方式不同。首先初始化一个HashMap,我们要删除key包含"3"字符串的键值对。

HashMap<String,Integer> hashMap = new HashMap<String,Integer>();
hashMap.put("key1",1);
hashMap.put("key2",2);
hashMap.put("key3",3);
hashMap.put("key4",4);
hashMap.put("key5",5);
hashMap.put("key6",6);

第1种方法 - for-each遍历HashMap.entrySet,使用HashMap.remove()删除(结果:抛出异常)

for (Map.Entry<String,Integer> entry: hashMap.entrySet()) {
        String key = entry.getKey();
        if(key.contains("3")){
            hashMap.remove(entry.getKey());
        }
     System.out.println("当前HashMap是"+hashMap+" 当前entry是"+entry);

}

输出结果:

当前HashMap{key1=1, key2=2, key5=5, key6=6, key3=3, key4=4} 当前entrykey1=1
当前HashMap{key1=1, key2=2, key5=5, key6=6, key3=3, key4=4} 当前entrykey2=2
当前HashMap{key1=1, key2=2, key5=5, key6=6, key3=3, key4=4} 当前entrykey5=5
当前HashMap{key1=1, key2=2, key5=5, key6=6, key3=3, key4=4} 当前entrykey6=6
当前HashMap{key1=1, key2=2, key5=5, key6=6, key4=4} 当前entrykey3=3
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.util.HashMap$HashIterator.nextNode(HashMap.java:1429)
    at java.util.HashMap$EntryIterator.next(HashMap.java:1463)
    at java.util.HashMap$EntryIterator.next(HashMap.java:1461)
    at com.test.HashMapTest.removeWayOne(HashMapTest.java:29)
    at com.test.HashMapTest.main(HashMapTest.java:22)

第2种方法-for-each遍历HashMap.keySet,使用HashMap.remove()删除(结果:抛出异常)

Set<String> keySet = hashMap.keySet();
for(String key : keySet){
    if(key.contains("3")){
        keySet.remove(key);
    }
    System.out.println("当前HashMap是"+hashMap+" 当前key是"+key);
}

输出结果如下:

当前HashMap{key1=1, key2=2, key5=5, key6=6, key3=3, key4=4} 当前keykey1
当前HashMap{key1=1, key2=2, key5=5, key6=6, key3=3, key4=4} 当前keykey2
当前HashMap{key1=1, key2=2, key5=5, key6=6, key3=3, key4=4} 当前keykey5
当前HashMap{key1=1, key2=2, key5=5, key6=6, key3=3, key4=4} 当前keykey6
当前HashMap{key1=1, key2=2, key5=5, key6=6, key4=4} 当前keykey3
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.util.HashMap$HashIterator.nextNode(HashMap.java:1429)
    at java.util.HashMap$KeyIterator.next(HashMap.java:1453)
    at com.test.HashMapTest.removeWayTwo(HashMapTest.java:40)
    at com.test.HashMapTest.main(HashMapTest.java:23)

第3种方法-使用HashMap.entrySet().iterator()遍历删除(结果:正确删除)

Iterator<Map.Entry<String, Integer>> iterator  = hashMap.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    Map.Entry<String, Integer> entry = iterator.next();
    if(entry.getKey().contains("3")){
        iterator.remove();
    }
    System.out.println("当前HashMap是"+hashMap+" 当前entry是"+entry);
}

输出结果:

当前HashMap{key1=1, key2=2, key5=5, key6=6, key4=4, deletekey=3} 当前entrykey1=1
当前HashMap{key1=1, key2=2, key5=5, key6=6, key4=4, deletekey=3} 当前entrykey2=2
当前HashMap{key1=1, key2=2, key5=5, key6=6, key4=4, deletekey=3} 当前entrykey5=5
当前HashMap{key1=1, key2=2, key5=5, key6=6, key4=4, deletekey=3} 当前entrykey6=6
当前HashMap{key1=1, key2=2, key5=5, key6=6, key4=4, deletekey=3} 当前entrykey4=4
当前HashMap{key1=1, key2=2, key5=5, key6=6, key4=4} 当前entrydeletekey=3

第1种方法和第2种方法抛出ConcurrentModificationException异常与上面ArrayList错误遍历-删除方法的原因一致,HashIterator也有一个expectedModCount,在遍历时获取下一个元素时,会调用next()方法,然后对
expectedModCount和modCount进行判断,不一致就抛出ConcurrentModificationException异常。

abstract class HashIterator {
    Node<K,V> next;        // next entry to return
    Node<K,V> current;     // current entry
    int expectedModCount;  // for fast-fail
    int index;             // current slot

    HashIterator() {
        expectedModCount = modCount;
        Node<K,V>[] t = table;
        current = next = null;
        index = 0;
        if (t != null && size > 0) { // advance to first entry
            do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
        }
    }

    public final boolean hasNext() {
        return next != null;
    }

    final Node<K,V> nextNode() {
        Node<K,V>[] t;
        Node<K,V> e = next;
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
        if (e == null)
            throw new NoSuchElementException();
        if ((next = (current = e).next) == null && (t = table) != null) {
            do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
        }
        return e;
    }

    public final void remove() {
        Node<K,V> p = current;
        if (p == null)
            throw new IllegalStateException();
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
        current = null;
        K key = p.key;
        removeNode(hash(key), key, null, false, false);
        expectedModCount = modCount;
    }
}

PS:ConcurrentModificationException是什么?

根据ConcurrentModificationException的文档介绍,一些对象不允许并发修改,当这些修改行为被检测到时,就会抛出这个异常。(例如一些集合不允许一个线程一边遍历时,另一个线程去修改这个集合)。

一些集合(例如Collection, Vector, ArrayList,LinkedList, HashSet, Hashtable, TreeMap, AbstractList, Serialized Form)的Iterator实现中,如果提供这种并发修改异常检测,那么这些Iterator可以称为是"fail-fast Iterator",意思是快速失败迭代器,就是检测到并发修改时,直接抛出异常,而不是继续执行,等到获取到一些错误值时在抛出异常。

异常检测主要是通过modCount和expectedModCount两个变量来实现的,

  • modCount
    集合被修改的次数,一般是被集合(ArrayList之类的)持有,每次调用add(),remove()方法会导致modCount+1

  • expectedModCount
    期待的modCount,一般是被Iterator(ArrayList.iterator()方法返回的iterator对象)持有,一般在Iterator初始化时会赋初始值,在调用Iterator的remove()方法时会对expectedModCount进行更新。(可以看看上面的ArrayList.Itr源码)

然后在Iterator调用next()遍历元素时,会调用checkForComodification()方法比较modCount和expectedModCount,不一致就抛出ConcurrentModificationException。

单线程操作Iterator不当时也会抛出ConcurrentModificationException异常。(上面的例子就是)
WechatIMG4995.jpeg

总结

因为ArrayList和HashMap的Iterator都是上面所说的“fail-fast Iterator”,Iterator在获取下一个元素,删除元素时,都会比较expectedModCount和modCount,不一致就会抛出异常。

所以当使用Iterator遍历元素(for-each遍历底层实现也是Iterator)时,需要删除元素,一定需要使用 Iterator的remove()方法 来删除,而不是直接调用ArrayList或HashMap自身的remove()方法,否则会导致Iterator中的expectedModCount没有及时更新,之后获取下一个元素或者删除元素时,expectedModCount和modCount不一致,然后抛出ConcurrentModificationException异常。

© 著作权归作者所有
这个作品真棒,我要支持一下!
定期发布一些后端面试相关的文章,有问题或者建议欢迎加我微信ruiwendelll,我们一起探讨学习,谢谢了
0条评论
top Created with Sketch.