关于java中ArrayList的快速失败机制的漏洞——使用迭代器循环时删除倒数第二个元素不会报错

Posted 2020-12-04 xieyang-blog

一、问题描述

话不多说，先上代码：

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
　　　　 list.add（"第零个"）;
        list.add("第一个");
        list.add("第二个");
        list.add("第三个");
        list.add("第四个");
        
        for (String str : list) {
            if (str.equals("第三个")) {
                System.out.println("删除：" + str);
                list.remove(str);
            }
        }
        System.out.println(list);
    }

知道快速失败机制的可能都会说，不能在foreach循环里用集合直接删除，应该使用iterator的remove()方法，否则会报错：java.util.ConcurrentModificationException

但是这个代码的真实输出结果却是：

并没有报错，这是为什么呢？

 

二、基础知识

java的foreach 和 快速失败机制还是先简单介绍一下：

foreach过程：

Java在通过foreach遍历集合列表时，会先为列表创建对应的迭代器，并通过调用迭代器的hasNext()函数判断是否含下一个元素，若有则调用iterator.next()获取继续遍历，没有则结束遍历。

快速失败机制：

因为非线程安全，迭代器的next()方法调用时会判断modCount==expectedModCount，否则抛出ConcurrentModIficationException。modCount只要元素数量变化（add，remove）就+1，而集合和表的add和remove方法却不会更新expectedModCount，只有迭代器remove会重置expectedModCount=modCount，并将cursor往前一位。所以在使用迭代器循环的时候，只能使用迭代器的修改。

 

三、分析

所以由上面的foreach介绍我们可以知道上面的foreach循环代码可以写成如下形式：

        for (Iterator iterator = list.iterator(); iterator.hasNext();) {
            String str = (String) iterator.next();
            if (str.equals("第三个")) {
                System.out.println("删除：" + str);
                list.remove(str);
            }
        }

重点就在于 iterator.next() 这里，我们看看next()的源码：【此处的迭代器是ArrayList的私有类，实现了迭代器接口Iterator，重写了各种方法】

 1         public E next() {
 2             checkForComodification();
 3             try {
 4                 int i = cursor;
 5                 E next = get(i);
 6                 lastRet = i;
 7                 cursor = i + 1;
 8                 return next;
 9             } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
10                 checkForComodification();
11                 throw new NoSuchElementException();
12             }
13         }

注意到第7行！，也就是说，cursor最开始是 i，调用next()后就将第 i 个元素返回，然后变成下一个元素的下标了，所以在遍历到倒数第二个元素的时候cursor已经为最后一个元素的下标（size-1）了，

注意了！在调用集合或者.remove(int)的方法时，并不会对cursor进行改变，【具体操作：将元素删除后，调用System.arraycopy让后面的的元素往前移动一位，并将最后一个元素位释放】，而本程序中此时的size变成了原来的size-1=4，而cursor还是原来的size-1=4，二者相等！，再看看判定hasNext()：

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

此时cursor==size()==4，程序以为此时已经遍历完毕，所以根本不会进入循环中，也就是说根本不会进入到next()方法里，也就不会有checkForComodification() 的判断。

 

 四、验证

我们在程序中foreach循环的第一句获取str后面加入一个打印，  System.out.println(str); ，

这样每次进入foreach循环就会打印1，其他不变，我们再来运行一次，结果如下：

 

显然，第四个元素没有被遍历到，分析正确，那假如使用iterator.remove()呢？

那我们再来看看iterator.remove()的源码，【此处的iterator是ArrayList的私有类，实现了迭代器接口Iterator，重写了各种方法】

 1         public void remove() {
 2             if (lastRet < 0)
 3                 throw new IllegalStateException();
 4             checkForComodification();
 5 
 6             try {
 7                 AbstractList.this.remove(lastRet);
 8                 if (lastRet < cursor)
 9                     cursor--;
10                 lastRet = -1;
11                 expectedModCount = modCount;
12             } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
13                 throw new ConcurrentModificationException();
14             }
15         }

看第7行，内部其实也是调用的所属list的remove(int)方法，但是不同的地方要注意了：

第9行：将cursor--，也就是说在删除当前元素后，他又把移动后的指针放回了当前元素下标，所以继续循环不会跳过当前元素位的新值；

第11行：expectedModCount = modCount; 更新expectedModCount，使二者相同，在继续循环中不会被checkForComodification()检测出报错。

 

五、结论

1. 每次foreach循环开始时next()方法会使cursor变为下一个元素下标；

2. ArrayList的remove()方法执行完后，下一个元素移动到被删除元素位置上，由1可知，cursor此时指向原来被删除元素的下一个的下一个元素所在位置，此时继续foreach循环，被删除元素的下一个元素不会被遍历到；

3. checkForComodification()方法用来实现快速失败机制的判断，此方法在iterator.next()方法中，必须在进入foreach循环后才会被调用；

4. 由2，当ArrayList的remove()方法在foreach删除倒数第二个元素时，继续foreach循环，倒数第一个元素会被跳过，从而退出循环，联合3可知，在删除倒数第二个元素后，并不会进入快速失败机制的判断。

5. iterator.remove()方法会在删除和移动元素后将cursor放回正确的位置，不会导致元素跳过，并且更新expectedModCount，是一个安全的选择。