在 ArrayList 的循环中删除元素，会不会出现问题？我开始觉得应该会有什么问题吧，但是不知道问题会在哪里。在经历了一番测试和查阅之后，发现这个“小”问题并不简单！
不在循环中的删除，是没有问题的，否则这个方法也没有存在的必要了嘛，我们这里讨论的是在循环中的删除，而对 ArrayList 的循环方法也是有多种的，这里定义一个类方法 remove()，里面有五种删除的实现方法，有的方法运行时会报错，有的是能运行但不能删除完全，读者也可以逐个测试。
public class ArrayListTest {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("aa");
list.add("bb");
list.add("bb");
list.add("aa");
list.add("cc");
// 删除元素 bb
remove(list, "bb");
for (String str : list) {
System.out.println(str);
}
}
public static void remove(ArrayList<String> list, String elem) {
// 五种不同的循环及删除方法
// 方法一：普通for循环正序删除，删除过程中元素向左移动，不能删除重复的元素
// for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
// if (list.get(i).equals(elem)) {
// list.remove(list.get(i));
// }
// }
// 方法二：普通for循环倒序删除，删除过程中元素向左移动，可以删除重复的元素
// for (int i = list.size() - 1; i >= 0; i--) {
// if (list.get(i).equals(elem)) {
// list.remove(list.get(i));
// }
// }
// 方法三：增强for循环删除，使用ArrayList的remove()方法删除，产生并发修改异常 ConcurrentModificationException
// for (String str : list) {
// if (str.equals(elem)) {
// list.remove(str);
// }
// }
// 方法四：迭代器，使用ArrayList的remove()方法删除，产生并发修改异常 ConcurrentModificationException
// Iterator iterator = list.iterator();
// while (iterator.hasNext()) {
// if(iterator.next().equals(elem)) {
// list.remove(iterator.next());
// }
// }
// 方法五：迭代器，使用迭代器的remove()方法删除，可以删除重复的元素，但不推荐
// Iterator iterator = list.iterator();
// while (iterator.hasNext()) {
// if(iterator.next().equals(elem)) {
// iterator.remove();
// }
// }
}
}
这里我测试了五种不同的删除方法，一种是普通的 for 循环，一种是增强的 foreach 循环，还有一种是使用迭代器循环，一共这三种循环方式。也欢迎你留言和我们讨论哦！
上面这几种删除方式呢，在删除 list 中单个的元素，也即是没有重复的元素，如 “cc”。在方法三和方法四中都会产生并发修改异常 ConcurrentModificationException，这两个删除方式中都用到了 ArrayList 中的 remove() 方法（快去上面看看代码吧）。而在删除 list 中重复的元素时，会有这么两种情况，一种是这两个重复元素是紧挨着的，如 “bb”，另一种是这两个重复元素没有紧挨着，如 “aa”。删除这种元素时，方法一在删除重复但不连续的元素时是正常的，但在删除重复且连续的元素时，会出现删除不完全的问题，这种删除方式也是用到了 ArrayList 中的 remove() 方法。而另外两种方法都是可以正常删除的，但是不推荐第五种方式，这个后面再说。
经过对运行结果的分析，发现问题都指向了 ArrayList 中的 remove() 方法，（感觉有种侦探办案的味道，可能是代码写多了的错觉吧，txtx...）那么看 ArrayList 源码是最好的选择了，下面是我截取的关键代码（Java1.8）。
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}
可以看到这个 remove() 方法被重载了，一种是根据下标删除，一种是根据元素删除，这也都很好理解。
根据下标删除的 remove() 方法，大致的步骤如下：
- 1、检查有没有下标越界，就是检查一下当前的下标有没有大于等于数组的长度
- 2、列表被修改（add和remove操作）的次数加1
- 3、保存要删除的值
- 4、计算移动的元素数量
- 5、删除位置后面的元素向左移动，这里是用数组拷贝实现的
- 6、将最后一个位置引用设为 null，使垃圾回收器回收这块内存
- 7、返回删除元素的值
根据元素删除的 remove() 方法，大致的步骤如下：
-
1、元素值分为null和非null值
-
2、循环遍历判等
-
3、调用 fastRemove(i) 函数
-
3.1、修改次数加1
-
3.2、计算移动的元素数量
-
3.3、数组拷贝实现元素向左移动
-
3.4、将最后一个位置引用设为 null
-
3.5、返回 fase
-
-
4、返回 true
这里我有个疑问，第一个 remove() 方法中的代码和 fastRemove() 方法中的代码是完全一样的，第一个 remove() 方法完全可以向第二个 remove() 方法一样调用 fastRemove() 方法嘛，这里代码确实是有些冗余，我又看了 Java10 的源码，这里编码作者已经修改了，而且代码写的很六~，看了半天才看懂大牛的高超的编程技巧，有兴趣的小伙伴可以去看看。
我们重点关注的是删除过程，学过数据结构的小伙伴可能手写过这样的删除，下面我画个图来让大家更清楚的看到整个删除的过程。以删除 “bb” 为例，当指到下标为 1 的元素时，发现是 "bb"，此处元素应该被删除，根据上面的删除步骤可知，删除位置后面的元素要向前移动，移动之后 “bb” 后面的 “bb” 元素下标为1，后面的元素下标也依次减1，这是在 i = 1 时循环的操作。在下一次循环中 i = 2，第二个 “bb” 元素就被遗漏了，所以这种删除方法在删除连续重复元素时会有问题。但是如果我们使 i 递减循环，也即是方法二的倒序循环，这个问题就不存在了，正序删除和倒序删除如下图所示。
删除操作.jpg
既然我们已经搞清不能正常删除的原因，那么再来看看方法五中可以正常删除的原因。方法五中使用的是迭代器中的 remove() 方法，通过阅读 ArrayList 的源码可以发现，有两个私有内部类，Itr 和 ListItr，Itr 实现自 Iterator 接口，ListItr 继承 Itr 类和实现自 ListIterator 接口。Itr 类中也有一个 remove() 方法，迭代器实际调用的也正是这个 remove() 方法，我也截取这个方法的源码。
private class Itr implements Iterator<E>
private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E>
public void remove() {
if (lastRet < 0)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification(); // 检查修改次数
try {
ArrayList.this.remove(lastRet);
cursor = lastRet;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
可以看到这个 remove() 方法中调用了 ArrayList 中的 remove() 方法，那为什么方法四会抛出并发修改异常而这里就没有问题呢？这里注意 expectedModCount 变量和 modCount 变量，modCount 在前面的代码中也见到了，它记录了 list 修改的次数，而前面还有一个 expectedModCount，这个变量的初值和 modCount 相等。在 ArrayList.this.remove(lastRet); 代码前面，还调用了检查修改次数的方法 checkForComodification()，这个方法里面做的事情很简单，如果 modCount 和 expectedModCount 不相等，那么就抛出 ConcurrentModificationException，而在这个 remove() 方法中存在 ``expectedModCount = modCount`，两个变量值在 ArrayList 的 remove() 方法后，进行了同步，所以不会有异常抛出，并且在循环过程中，也不会遗漏连续重复的元素，所以可以正常删除。上面这些代码都是在单线程中执行的，如果换到多线程中，方法五不能保证两个变量修改的一致性，结果具有不确定性，所以不推荐这种方法。而方法一在单线程和多线程中都是可以正常删除的，多线程中测试代码如下，这里我只模拟了三个线程（注：这里我没有用 Java8 新增的 Lambda 表达式）：
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
public class MultiThreadArrayList {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("aa");
list.add("bb");
list.add("bb");
list.add("aa");
list.add("cc");
list.add("dd");
list.add("dd");
list.add("cc");
Thread thread1 = new Thread() {
@Override
public void run() {
remove(list,"aa");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
Thread thread2 = new Thread() {
@Override
public void run() {
remove(list, "bb");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
Thread thread3 = new Thread() {
@Override
public void run() {
remove(list, "dd");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
// 使各个线程处于就绪状态
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
// 等待前面几个线程完成
try {
thread1.join();
thread2.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
for (String str : list) {
System.out.println(str);
}
}
public static void remove(ArrayList<String> list, String elem) {
// 普通for循环倒序删除，删除过程中元素向左移动，不影响连续删除
for (int i = list.size() - 1; i >= 0; i--) {
if (list.get(i).equals(elem)) {
list.remove(list.get(i));
}
}
// 迭代器删除，多线程环境下无法使用
// Iterator iterator = list.iterator();
// while (iterator.hasNext()) {
// if(iterator.next().equals(elem)) {
// iterator.remove();
// }
// }
}
}
既然 Java 的循环删除有问题，发散一下思维，Python 中的列表删除会不会也有这样的问题呢，我抱着好奇试了试，发现下面的方法一也同样存在不能删除连续重复元素的问题，方法二则是报列表下标越界的异常，测试代码如下，这里我只测试了单线程环境：
list = []
list.append("aa")
list.append("bb")
list.append("bb")
list.append("aa")
list.append("cc")
# 方法一，存在和 Java 相同的删除问题
# for str in list:
# if str == "bb":
# list.remove(str)
# 方法二，直接报错
# for i in range(len(list)):
# if list[i] == "bb":
# list.remove(list[i])
for str in list:
print(str)
总结：一道看似很简单的问题，没想到背后却有这么多的知识，真是感觉自己要学的还很多，遇到方法细节的问题，我觉得直接看源码是最好的解决方法，另外我觉得在后面的版本的 JDK 中，可以增加一个在循环中删除连续重复元素的方法，对于使用者来说更好一些。
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编程心路
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