集合的遍历与迭代机制

作者：Ethan.Yang
博客：https://blog.ethanyang.cn (opens new window)

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在Java开发中，集合的遍历是必不可少的操作。合理掌握集合的遍历方式和迭代机制，能够避免出现ConcurrentModificationException异常，写出更安全、健壮的代码。

一、Iterator与fail-fast机制详解

什么是Iterator？

Iterator是Java集合框架定义的遍历接口，所有支持遍历的集合都实现了它。它提供了三个核心方法：

• boolean hasNext()：判断是否还有下一个元素
• E next()：获取下一个元素
• void remove()：从集合中移除当前元素（可选操作）

fail-fast机制

Java大多数集合的迭代器实现了fail-fast机制。意思是在使用Iterator遍历集合时，如果集合的结构被非法修改（除了使用Iterator.remove()方法），会立即抛出ConcurrentModificationException异常。

示例：

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C"));

Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    String s = iterator.next();
    if ("B".equals(s)) {
        list.remove(s);  // 这里会抛 ConcurrentModificationException
    }
}

异常原因是：list.remove(s)直接修改了集合结构，导致Iterator检测到异常。

为什么设计fail-fast？

fail-fast能快速暴露出多线程环境或者代码逻辑中不安全的并发修改错误，避免程序在后续执行中出现隐蔽bug，增强代码的健壮性。

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二、增强for循环和Stream流的遍历方法

增强for循环

增强for循环其实是基于Iterator实现的语法糖：

for (String s : list) {
    System.out.println(s);
}

优点是语法简洁、代码易读，但缺点是不能在循环体内安全修改集合结构，否则也会抛ConcurrentModificationException。

示例：

for (String s : list) {
    if ("B".equals(s)) {
        list.remove(s); // 会抛异常
    }
}

Stream流遍历

Java 8引入了Stream API，遍历方式更加灵活：

list.stream().forEach(System.out::println);

但Stream对底层集合的fail-fast机制依然有效，因此修改集合时同样要注意。

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三、实战：如何安全遍历并修改集合

遍历集合时的修改操作是最容易踩坑的地方。下面介绍几种常用且安全的处理方式。

使用Iterator的remove()安全删除元素

Iterator的remove()方法允许在遍历时安全删除当前元素，不会抛异常。

Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    String s = iterator.next();
    if ("B".equals(s)) {
        iterator.remove();  // 安全删除
    }
}

遍历集合的副本，修改原集合

遍历一个集合的副本可以避免ConcurrentModificationException，适合需要在遍历中添加元素的场景。

for (String s : new ArrayList<>(list)) {
    if ("B".equals(s)) {
        list.add("D");  // 安全添加
    }
}

此时遍历的是副本new ArrayList<>(list)，对原集合的修改不会影响遍历过程。

使用集合提供的批量操作方法

Java集合自带了许多便捷的批量操作，如removeIf，适合删除满足条件的元素。

list.removeIf(s -> "B".equals(s));

批量操作本质上在内部安全遍历并修改，使用简单且性能较好。

使用线程安全的集合

CopyOnWriteArrayList是Java并发包中的线程安全集合，支持在遍历时修改元素，不会抛异常，但性能开销较大（每次修改都会复制底层数组）。

CopyOnWriteArrayList<String> cowList = new CopyOnWriteArrayList<>(list);
for (String s : cowList) {
    if ("B".equals(s)) {
        cowList.add("D");  // 不会抛异常
    }
}

普通for循环遍历修改——谨慎使用

使用传统for (int i=0; i<list.size(); i++)循环修改集合时，不会抛异常，但可能会导致逻辑问题：

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    if ("B".equals(list.get(i))) {
        list.remove(i);
        i--;  // 移除后索引回退，防止跳过元素
    }
}

一定要配合索引回退操作，否则会跳过元素，产生bug。