Java for-each 循環與 Iterator 迭代器深度解析：原理、陷阱與最佳實踐

一、Iterable 與 Iterator 體系

interface Iterable<T> {
    Iterator<T> iterator();
}
interface Iterator<E> {
    boolean hasNext();
    E next();
    void remove(); // 選用操作
}

• 所有 Collection 實作 Iterable，故可用 for-each。
• iterator() 回傳**新的**迭代器實例，每次遍歷互不干擾。

二、for-each 編譯後等價程式碼

原始碼：

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

編譯器轉換為（JDK 8+ 簡化版）：

Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    String s = it.next();
    System.out.println(s);
}

結論：for-each **本質上就是語法糖**，底層完全依賴 Iterator。

三、經典陷阱：遍歷中修改集合導致 ConcurrentModificationException

錯誤示範 1：用集合自身方法刪除

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C"));
for (String s : list) {
    if ("B".equals(s)) list.remove(s); // 拋 ConcurrentModificationException
}

錯誤示範 2：用 Iterator 但呼叫錯誤方法

Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    String s = it.next();
    if ("B".equals(s)) list.remove(s); // 同樣拋異常，必須用 it.remove()
}

正確做法：呼叫 Iterator.remove()

Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    String s = it.next();
    if ("B".equals(s)) it.remove(); // 唯一合法的遍歷中修改方式
}

原理：ArrayList.Itr 內部維護 expectedModCount，若偵測到 modCount != expectedModCount 即拋異常。it.remove() 會同步更新 expectedModCount。

四、自訂類別支援 for-each

只需實作 Iterable<T> 並回傳有效 Iterator：

class MyCollection<T> implements Iterable<T> {
    private final List<T> data = new ArrayList<>();
    public void add(T t) { data.add(t); }
    @Override public Iterator<T> iterator() { return data.iterator(); }
}
// 使用
MyCollection<String> mc = new MyCollection<>();
mc.add("Java"); mc.add("Go");
for (String s : mc) System.out.println(s); // 正常運作

五、ListIterator：雙向遍歷與索引操作

僅 List 實作提供 listIterator()：

• hasPrevious() / previous()：反向遍歷。
• nextIndex() / previousIndex()：取得索引。
• set(E)：替換元素。
• add(E)：在游標位置插入。

六、Java 8+ Stream API：函數式替代方案

list.stream().filter(s -> !"B".equals(s)).forEach(System.out::println);
// 或收集新列表
List<String> filtered = list.stream().filter(s -> !"B".equals(s)).collect(Collectors.toList());

優點：不可變風格、避免並發修改異常、可並行 (parallelStream())。

七、效能與選擇指南

總結

for-each 是 Iterator 的語法糖，**遍歷時修改集合必須使用迭代器自身的 remove()**，否則觸發 ConcurrentModificationException。理解底層 modCount 機制，並善用 ListIterator、Stream 等進階工具，能寫出更安全、更具表達力的集合處理程式碼。