Knowledge Point 20180308 拔下forEach的外衣

剖析加强for　　

　　很长一段时间对于foreach都有一种误解,那就是foreach只是普通for的包装，底层还是普通for循环，直到深入了解迭代器的时候，才发现自己错了，本节就来探讨一下foreach，深入底层去了解它。下面我们通过一段代码来看一下：

    public static void listIterator(){
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("野有蔓草，零露漙兮。");
        list.add("有美一人，清扬婉兮。");
        list.add("邂逅相遇，适我愿兮。");
        list.add("野有蔓草，零露瀼瀼。");
        list.add("有美一人，婉如清扬。");
        list.add("邂逅相遇，与子偕臧。");
        for (String string : list) {
            System.out.println(string);
        }
    }

　　想要了解它的底层实现，自然需要它编译后的代码，下面我们通过反编译查看一下：

　　这样看起来可能不好理解，我找了一款反编译软件，查看反编译后的结果：

    public static void listIterator()
    {
        List list = new ArrayList();
        list.add("\u91CE\u6709\u8513\u8349\uFF0C\u96F6\u9732\u6F19\u516E\u3002");
        list.add("\u6709\u7F8E\u4E00\u4EBA\uFF0C\u6E05\u626C\u5A49\u516E\u3002");
        list.add("\u9082\u9005\u76F8\u9047\uFF0C\u9002\u6211\u613F\u516E\u3002");
        list.add("\u91CE\u6709\u8513\u8349\uFF0C\u96F6\u9732\u703C\u703C\u3002");
        list.add("\u6709\u7F8E\u4E00\u4EBA\uFF0C\u5A49\u5982\u6E05\u626C\u3002");
        list.add("\u9082\u9005\u76F8\u9047\uFF0C\u4E0E\u5B50\u5055\u81E7\u3002");
        String string;
        for(Iterator iterator = list.iterator(); iterator.hasNext(); System.out.println(string))
            string = (String)iterator.next();
    }

　　上面的代码我们知道了两个问题，Java真的是通过Unicode编码的，不过这不是重点，重点是遍历，我们发现编译器将加强for循环，编程了普通for循环，通过迭代器进行循环操作。

　　在编译的时候编译器会自动将对for这个关键字的使用转化为对目标的迭代器的使用，这就是foreach循环的原理。进而，我们再得出两个结论：

1. ArrayList之所以能使用foreach循环遍历，是因为ArrayList所有的List都是Collection的子接口，而Collection是Iterable的子接口，ArrayList的父类AbstractList正确地实现了Iterable接口的iterator方法。注意：如果自己写的ArrayList用foreach循环直接报空指针异常是因为自己写的ArrayList并没有实现Iterable接口
2. 任何一个集合，无论是JDK提供的还是自己写的，只要想使用foreach循环遍历，就必须正确地实现Iterable接口；

　　实际上，这种做法就是23中设计模式中的迭代器模式。查看了加强for对集合的操作，我们思考一个问题，如果加强for是对实现Iterable接口的一种优化,那么数组呢?Arrays并没有实现该接口,但是加强for仍然能够应用于数组,下面我们再来看一下数组的加强for遍历：

public static void arrFor(){
        int[] arr = {1,2,3,4,5};
        for (int i : arr) {
            System.out.println(i);
        }
    }

一样通过反编译查看：

  public static void arrFor()
    {
        int arr[] = {
            1, 2, 3, 4, 5
        };
        int ai[];
        int k = (ai = arr).length;
        for(int j = 0; j < k; j++)
        {
            int i = ai[j];
            System.out.println(i);
        }

    }

观察发现Java将对于数组的foreach循环转换为对于这个数组每一个的循环引用，且操作的是数组的一个备份，而非是数组本身，所以在加强for中对于数组的操作，不会影响到数组本身，通过下面的例子观察一下：

public static void arrFor(){
        int[] arr = {1,2,3,4,5};
        for (int i : arr) {
            i = 9;
            System.out.println(i);
        }
        System.out.println(Arrays.toString(arr));
    }

　　但是对于集合却和数组不同了，集合可以直接操作到本身，我们还是通过例子查看：

    public static void listIterator(){
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("野有蔓草，零露漙兮。");
        list.add("有美一人，清扬婉兮。");
        list.add("邂逅相遇，适我愿兮。");
        list.add("野有蔓草，零露瀼瀼。");
        list.add("有美一人，婉如清扬。");
        list.add("邂逅相遇，与子偕臧。");
        for (String string : list) {
//            string = "改变";
            if(string.equals("邂逅相遇，适我愿兮。")){
                list.remove(string);
            }
            System.out.println(string);
        }
        System.out.println(list.toString());
    }

我们发现在加强for中对于集合的改变是不被允许的，将注释去掉，同时注释掉删除语句，查看结果如下：

我们发现仍然对于集合没有改变，使用JDK1.5提供的foreach循环来迭代访问集合元素更加便捷。当使用foreach循环迭代访问集合元素时，该集合也不能被改变。

　　第一种remove时的异常是因为，更改了集合长度，此时后台方法（ArrayList）中判断抛出异常

　　而在加强for中改变元素的内容，断点调试发现，改变只是将字符串的索引改变了，但是集合中字符串指向并没有改变；

总结:

　　通过对于foreach的剖析,我们知道,加强for会在编译器编译后回归到普通for循环,加强for语法内部对于其操作有两种实现（数组和集合），加强for是一个语法糖，对于简便开发具有帮助，但是并不能用于性能提升。

1. For-each语法内部，对collection是用iterator来实现的，对数组用下标遍历来实现。所以在对数组以外进行遍历的时候，要求实现接口Iterable。
2. 加强for是一个语法糖，它帮助程序员简便开发，但是对于性能却并没有帮助，这个需要注意。Java 5 及以上的编译器隐藏了基于iterator和下标遍历的内部实现。（注意，这里说的是“Java编译器”或Java语言对其实现做了隐藏，而不是某段Java代码对其实现做了隐藏，也就是说，我们在任何一段JDK的Java代码中都找不到这里被隐藏的实现。这里的实现，隐藏在了Java 编译器中，我们可能只能像本文中说的那样，查看一段For-each的Java代码编译成的字节码，从中揣测它到底是怎么实现的了）
3. 加强for循环只是JDK1.5提供的用于便于遍历的操作，并不能用来更改数组或集合，特别是更改集合可能会抛出异常，在这方面要留心注意；对于数组的操作是通过副本，对于集合如果想要在遍历时改变集合，则要使用迭代器，关于迭代器是集合中要讲解的，这里不做赘述。

本文只简单探讨加强for的底层实现，而不对迭代器进行探讨，迭代器放在集合中讲解。