Java中for each循环的工作原理详解

技术背景

在Java编程中，循环是一种常见的控制结构，用于重复执行一段代码。传统的for循环和while循环在很多场景下都能很好地完成任务，但在遍历集合或数组时，代码可能会显得冗长且容易出错。为了简化这种操作，Java 5引入了for each循环（也称为增强型for循环），它提供了一种更简洁、更易读的方式来遍历集合和数组。

实现步骤

1. 遍历集合

当使用for each循环遍历实现了Iterable接口的集合时，它会使用集合的迭代器来依次访问集合中的每个元素。以下是一个简单的示例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ForEachCollectionExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> someList = new ArrayList<>();
        someList.add("monkey");
        someList.add("donkey");
        someList.add("skeleton key");

        // 使用for each循环遍历集合
        for (String item : someList) {
            System.out.println(item);
        }
    }
}

上述代码中，for each循环会自动获取someList的迭代器，并依次调用hasNext()和next()方法来访问集合中的元素。

2. 遍历数组

当使用for each循环遍历数组时，它会使用数组的索引来依次访问数组中的每个元素。以下是一个简单的示例：

public class ForEachArrayExample {
    public static void main(String[] args) {
        String[] fruits = {"Orange", "Apple", "Pear", "Strawberry"};

        // 使用for each循环遍历数组
        for (String fruit : fruits) {
            System.out.println(fruit);
        }
    }
}

上述代码中，for each循环会自动使用数组的索引从0开始，依次访问数组中的元素，直到遍历完整个数组。

核心代码

1. 集合遍历的等价代码

如果不使用for each语法，遍历集合的等价代码如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

public class ForEachCollectionEquivalent {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> someList = new ArrayList<>();
        someList.add("monkey");
        someList.add("donkey");
        someList.add("skeleton key");

        // 不使用for each循环，使用迭代器遍历集合
        for (Iterator<String> i = someList.iterator(); i.hasNext(); ) {
            String item = i.next();
            System.out.println(item);
        }
    }
}

2. 数组遍历的等价代码

如果不使用for each语法，遍历数组的等价代码如下：

public class ForEachArrayEquivalent {
    public static void main(String[] args) {
        String[] fruits = {"Orange", "Apple", "Pear", "Strawberry"};

        // 不使用for each循环，使用普通for循环遍历数组
        for (int i = 0; i < fruits.length; i++) {
            String fruit = fruits[i];
            System.out.println(fruit);
        }
    }
}

最佳实践

1. 选择合适的循环方式

• 当只需要顺序访问集合或数组中的每个元素，而不需要访问索引时，建议使用for each循环，因为它更简洁、易读。
• 当需要在遍历过程中访问索引，或者需要对集合进行修改（如删除元素）时，建议使用传统的for循环或迭代器。

2. 性能考虑

• 对于数组，使用传统的for循环通过索引访问元素通常比for each循环更快，因为for each循环需要额外的迭代器开销。
• 对于集合，使用for each循环通常比传统的for循环通过索引访问元素更快，因为集合的迭代器可以更高效地遍历元素。

常见问题

1. 无法修改集合元素

在for each循环中，不能直接修改集合中的元素。例如：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ForEachModifyExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> someList = new ArrayList<>();
        someList.add("monkey");
        someList.add("donkey");
        someList.add("skeleton key");

        // 尝试在for each循环中修改集合元素
        for (String item : someList) {
            item = "new value"; // 这不会修改集合中的元素
        }

        // 输出集合元素，发现元素未被修改
        for (String item : someList) {
            System.out.println(item);
        }
    }
}

上述代码中，尝试在for each循环中修改集合元素，但实际上并没有修改集合中的元素。如果需要修改集合元素，建议使用传统的for循环或迭代器。

2. 并发修改异常

在for each循环中，如果尝试修改集合的结构（如添加或删除元素），会抛出ConcurrentModificationException异常。例如：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ForEachConcurrentModificationExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> someList = new ArrayList<>();
        someList.add("monkey");
        someList.add("donkey");
        someList.add("skeleton key");

        // 尝试在for each循环中删除集合元素
        try {
            for (String item : someList) {
                if (item.equals("donkey")) {
                    someList.remove(item); // 会抛出ConcurrentModificationException异常
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上述代码中，尝试在for each循环中删除集合元素，会抛出ConcurrentModificationException异常。如果需要修改集合结构，建议使用迭代器的remove()方法。