原创这道Java基础题真的有坑！我也没想到还有续集。

Posted 2021-03-22 why技术

前情回顾

自从我上次发了《这道Java基础题真的有坑！我求求你，认真思考后再回答。》这篇文章后。我通过这样的一个行文结构：

解析了小马哥出的这道题，让大家明白了这题的坑在哪里，这题背后隐藏的知识点是什么。

但是我是万万没想到啊，这篇文章居然还有续集。因为有很多读者给我留言，问我为什么？怎么回事？啥情况？

问题片段一：到底循环几次?

有很多读者针对文章的下面的这个片段：

来问了一些问题：为什么会循环三次？循环二次？循环一次？

源码看的脑袋疼。那我觉得我需要"拯救"一下这个哥们了。

问题片段二:为什么删除第一个不出错?

还有这个片段，对于为什么删除第一个元素不会抛出异常，也是一众选手，不明就里：

为什么？为什么没有问题啊？

提炼问题

上面看着有点乱是不是呢？

那肯定是你没看过我这篇文章《这道Java基础题真的有坑！我求求你，认真思考后再回答。》。没关系，我先把问题提炼出来，然后有兴趣你可以再去看看这篇文章。

在描述问题之前，需要说明一下，为了方便演示说明，我会去掉Java的foreach语法糖，直接替换为编译后的代码，如下:

请坐稳扶好，下面的几个问题有点绕。主要是看图，先知道这几个现象。之后我还会把问题再简化一下。

问题一:如图所示，为什么删除第一个元素(公众号)可以正常执行，删除第二个元素(why技术)就会抛出异常呢？

问题二:为什么当集合大小大于2时，删除第一个元素(公众号)也抛出了异常？

问题三:为什么删除倒数第二个元素可以正常执行？删除倒数第二个元素以外的任意元素就会抛出异常？

问题四:为什么在删除完成之后立即break，则可以删除任意元素呢？

问题五:如图所示，为什么注释掉判断语句直接remove("why技术")不会报错，而加上判断语句就报错了呢？

问题六:为什么判断"why技术"并remove的时候循环三次？为什么注释掉remove只循环两次？为什么判断"公众号"并remove的时候只循环一次？

我再把问题汇总一下，你瞟一眼就行，不用细读：

问题一:当集合大小等于2时，为什么删除第一个元素(公众号)可以正常执行，删除第二个元素(why技术)就会抛出异常呢？

问题二:为什么当集合大小大于2时，删除第一个元素(公众号)也抛出了异常？

问题三:为什么删除倒数第二个元素可以正常执行？删除倒数第二个元素以外的任意元素就会抛出异常？

问题四:为什么在删除完成之后立即break，则可以删除任意元素不会报错呢？

问题五:为什么注释掉判断语句直接remove(why技术)不会报错，而加上判断语句就报错了呢？

问题六:为什么判断"why技术"并remove的时候循环三次？为什么注释掉remove只循环两次？为什么判断"公众号"并remove的时候只循环一次？

晕不晕？

不要晕。上面我只是为了把各种情况都执行一下，然后截图出来，方便大家有个直观的理解。其实，上面的这六个问题，我在看来就只有两个问题：

1.当前循环会执行几次？

2.为什么会抛出异常？

而这两个问题中的第二个问题【为什么会抛出异常？】我已经在《这道Java基础题真的有坑！我求求你，认真思考后再回答。》这篇文章中进行了十分详尽的解答。所以，就不在这篇文章中讨论了。

那么，现在就只剩下一个问题了:当前循环会执行几次?

本文会围绕这个问题进行展开，当你明白这个问题后，上面的所有问题都迎刃而解了。

明确分析程序

我们就拿下面这个程序来进行分析：

我写文章之前，在Debug模式下碰到了一些不是程序导致的意外bug(我怀疑是jdk或idea版本的问题)，我最后会讲一下，而且我觉得Debug模式也不太好对这个问题进行直观的文字描述，需要截取大量图片，这样不太方便阅读。所以为了更好的解释这个问题，更加方便大家阅读，我们先进行几个"骚"操作，对程序进行一下改造。 

正如上图红色粗线框起来的代码所示。由于这个循环体循环几次是由while里面的条件hasNext()方法，即【cursor!=size】这个条件决定的。

hasNext()方法是ArrayList中一个叫做Itr内部类中的一个方法。

如果我们能把hasNext()方法修改成这个样子，加上几行输出，对于我们的分析来说简直完美，直观，漂亮。（Java程序员确实是靠日志活着。）

这里我们就不去编译一套JDK然后修改源码了，可以投机取个巧，和我之前的文章中说的一样，我们自定义一个ArrayList。

改造点一:自定义ArrayList

我们怎么自定义ArrayList呢？

首先，我们的需求是为了演示问题方便，但是我们的前提是得保证实验对象的一致性，换句话说就是：我们自定义的ArrayList需要和JDK的ArrayList的实现，一模一样，只是换个名称而已。

所以，我们直接把JDK的ArrayList拷贝一份出来并修改一个名字即可。

直接拷贝一个ArrayList过来后你发现会有报错的地方：

具体报错的信息如下：

并不影响我们这次的测试。所以直接注释掉相关报错的地方。为了便于区分，我们修改名称为WhyArrayList，并修改对应的代码：

到这一步我们自定义的ArrayList就算是改造完成了。只需要把他用起来即可，怎么用，很简单，替换原来的ArrayList即可，如下图所示(如果不清晰，可以点看看大图哦)：

但是我觉得输出的日志还是不够清晰，直观。我想要直接输出当前是第几次循环，如下：

那我们怎么实现呢？这就是我们的第二个改造点了。

改造点二:自定义Iterator

要实现上面的日志输出我们很容易能想到第一个修改点，如下：

现在我们的问题是怎么把loopTime(循环次数)这个值传进来。直接调用肯定是不行的， Iterator并没有这个方法。可以看看提示：

那怎么办呢？

你想啊，Iterator是一个接口，既然它没有这个方法，那我们也就自定义一个WhyIterator继承JDK的Iterator，然后在WhyIterator里面定义我们想要的接口即可：

然后我们在WhyArrayList里面只需要让内部类Itr实现WhyIterator接口即可：

最后一步，调用起来，修改程序，并执行如下：

啊，这日志，舒服了！

接下来，我们进行丧心病狂的第三个改造点：

改造点三:一步一输出

这一个改造点，我就不进行详细说明了，授人以鱼不如授人以渔，前面两个改造点你如果会了，那你也能继续改造，得到下面的程序，并搞出一步一输出日志：

上面这图，就是我们最后需要分析的程序和日志了。

如果你对于得到上面的输出还是有点困难的话，你可以在文末找到我的git地址，我把程序都上传到了git上。

真相已经摆在眼前了

其实你想一想，还用分析吗？经过上面的三个"骚"操作后，真相已经摆在眼前了。

以这位读者的问题举例.

第一个问题：为什么判断"why技术"并remove的时候循环三次？

你品一品这个输出，这就是真相呀！为什么会循环三次，一目了然了啊！

【第1次循环】cursor=0,size=2,判定结果:true

【第1次循环】var3.next方法被调用cursor进行加一操作

 

【第2次循环】cursor=1,size=2,判定结果:true

【第2次循环】var3.next方法被调用cursor进行加一操作

【第2次循环】list.remove方法被调用size进行减一操作

【第3次循环】cursor=2,size=1,判定结果:true

再回答另外一个问题：为什么注释掉remove只循环两次？

你再品一品这个输出：

第三个问题：为什么判断"公众号"并remove的时候只循环一次？

继续品这个输出：

致命一问，灵魂一击

对于之前列举的其他问题，你有没有发现其实有很多共同的地方，但是我故意扰乱了你的判断，你仔细读这几个问题：

当集合大小等于2时，为什么删除第一个元素(公众号)可以正常执行？

当集合大小大于2时，删除第一个元素(公众号)也抛出了异常？

为什么删除倒数第二个元素可以正常执行？

上面的三个问题其实是在说一个问题，你发现了吗？

当集合大小等于2时第一个元素(公众号)，是不是就是倒数第二个元素？！

恍然大悟有没有？

再看一个示例：

下图是上面示例的输出：

敲黑板，数学推理来了：

在单线程的情况下，只要你的ArrayList集合大小大于等于2(假设大小为n，即size=n)，你删除倒数第二个元素的时候，cursor从0进行了n-1次的加一操作，size(即n)进行了一次减1的操作,所以n-1=n-1，即cursor=size。

因为判断条件返回为fales，虽然你的modCount变化了。但是不会进入下次循环，就不会触发modCount和expectedModCount的检查，也就不会抛出ConcurrentModifyException.

所以这个问题我也就回答了。

意外收获

我在写文章的过程中，还有意外收获。就是一个读者提出的这个问题：为什么迭代器里面的hasNext()里面要用!=来判断index和size之间的关系，而不是用<符号呢。

当时我并没有留意到这个问题，我觉得就是都可以，无关紧要。但是写的时候我突然想明白了，这可不是无关紧要的事，这地方必须是 【!=】。

我给你看个表格：

在上面的程序中我把判断条件改为了【cursor<size】，当执行到第三次循环，cursor=2，size=1时。用cursor<size返回的是false，则不会继续循环，所以不会触发fail-fast机制。如果用cursor!=size返回的是true，会继续执行循环，所以会触发检查modCount的操作，触发fail-fast机制。

正如我截图中说的：这里用【!=】判断，是符合它的语境的。用迭代器循环的时候，循环结束的条件就是循环到最后一个元素就停止循环。但是这一条件的前提是在我循环的过程中，集合大小是固定的。如果集合大小发生了变化，那就会触发fail-fast机制。

智子封锁:Debug下的问题

说到这个问题，我真的觉得我被智子封锁了，我开始理解那些科学家为什么要自杀了。如果你读过《三体》，你知道我在说什么。

不论是用我们自定义的WhyArrayList还是JDK的ArrayList结果都是一样的，为了结果的直观，我用WhyArrayList给你演示一下：

第一步是没有问题的：

但是当进入第一次循环，cursor=1，return之前又变成了2。

所以程序在Debug模式下的输出变成了这样：

我的Idea版本是：IntelliJ IDEA 2019.2.4 (Ultimate Edition)

我的JDK版本信息如下：

openjdk version "1.8.0_212"

OpenJDK Runtime Environment (AdoptOpenJDK)(build 1.8.0_212-b03)

OpenJDK 64-Bit Server VM (AdoptOpenJDK)(build 25.212-b03, mixed mode)

如果你也碰到过，你知道是怎么情况，请你告诉我究竟是怎么回事，是不是计划的一部分。

扩展阅读

本文前传

答应我，如果你不知道这个知识点，想完全掌握的话，一定要去读一读本文的前传《这道Java基础题真的有坑！我求求你，认真思考后再回答。》。两篇文章合计一起食用，味道更佳。

本文代码

本文的源码我已经上传到git上了，git地址如下：

git clone [e-mail]:thisiswanghy/WhyArrayList.git

fail-fast机制和fail-safe机制

文中多次提到了"fail-fast"机制(快速失败)，与其对应的还有"fail-safe"机制(失败安全)。

这种机制是一种思想，它不仅仅是体现在Java的集合中。在我们常用的rpc框架Dubbo中，在集群容错时也有相关的实现。

Dubbo 主要提供了这样几种容错方式：

Failover Cluster - 失败自动切换  

Failfast Cluster - 快速失败  

Failsafe Cluster - 失败安全  

Failback Cluster - 失败自动恢复  

Forking Cluster - 并行调用多个服务提供者

如果对这两种机制感兴趣的朋友可以查阅相关资料，进行了解。如果想要了解Dubbo的集群容错机制，可以看官方文档，地址如下：

http://dubbo.apache.org/zh-cn/docs/source_code_guide/cluster.html

Java语法糖

文中说到foreach循环的时候提到了Java的语法糖。如果对这一块有兴趣的读者，可以在网上查阅相关资料，也可以看看《深入理解Java虚拟机》的第10.3节，有专门的介绍。

书中说到:

总而言之，语法糖可以看做是编译器实现的一些“小把戏”，这些“小把戏”可能会使得效率“大提升”，但我们也应该去了解这些“小把戏”背后的真实世界，那样才能利用好它们，而不是被它们所迷惑。

阿里Java开发手册

阿里Java开发手册中也有对该问题的描述，强制要求：

不要在foreach循环里面进行元素的remove/add操作。remove元素请使用Iterator方式，如果并发操作，需要对Iterator对象加锁。

阿里的孤尽大佬作为主要作者写的这本《阿里Java开发手册》，可以说是呕心沥血推出的业界权威，非常值得阅读。读完此书，你不仅能够获得很多干货，甚至你还能读出一点技术情怀在里面。

对于技术情怀，孤尽大佬是这样的说的：

热爱、思考、卓越。热爱是一种源动力，而思考是一个过程，而卓越是一个结果。如果给这三个词加一个定语，使技术情怀更加立体、清晰地被解读，那就是奉献式的热爱，主动式的思考，极致式的卓越。

关注公众号并回复关键字【Java】。即可获得此书的电子版。

最后说一句

如果你之前对于这个知识点掌握的不牢固，读完这篇文章之后你会知道有这么一个知识点，但是仅仅是知道，不是一个十分具化的印象。只有你实际的操作一下之后，才能算是掌握了，源码会刻在你的潜意识里面。久久不会忘记。这部分现在对我来说，我输出了共计1万3千多字的文章，在我的脑海中固若金汤。

所以我个人建议，最好再去实际操作一下吧。git地址我前面给你了。

再推销一下我公众号：对于写文章，其实想到写什么内容并不难，难的是你对内容的把控。关于技术性的语言，我是反复推敲，查阅大量文章来进行证伪，总之慎言慎言再慎言，毕竟做技术，我认为是一件非常严谨的事情，我常常想象自己就是在故宫修文物的工匠，在工匠精神的认知上，目前我可能和他们还差的有点远，但是我时常以工匠精神要求自己。就像我之前表达的：对于技术文章（因为我偶尔也会荒腔走板的聊一聊生活，写一写书评，影评），我尽量保证周推，全力保证质量。坚持输出原创。

才疏学浅，难免会有纰漏，如果你发现了错误的地方，还请你留言给我指出来，我对其加以修改。
以上。
谢谢您的阅读，感谢您的关注。