java 关于for和foreach，兼顾效率与安全

关于for和foreach，兼顾效率与安全
对于数组的访问，是应该使用for的方式的，因为这样性能更高。以下代码是恰当的。

Object[] objArray = ...;
int objArrayLength = objArray.Length;
for (int i = 0; i < objArrayLength; ++i)
{
    // do something ...
}

String str = ...;
int strLength = str.Length;
for (int i = 0; i < strLength; ++i) 
{
   // do something ...
}

对ArrayList这样的可使用下标进行随机访问的数据结构，使用下标访问，要比foreach的方式进行顺序访问，速度要快一些。foreach这样写法，使用的过程产生一个额外的对象Enumerator，而且每次访问需要更多的操作，降低性能。下面的两种写法编译出的代码是一样的：

第一种写法：
IList list = new ArrayList();
IEnumerator iter = list.GetEnumerator();
try
{
    while (iter.MoveNext())
    {
        Object obj = iter.Current;
        //do something ...
    }
}
finally
{
    IDisposable disposableObj = iter as IDisposable;
    if (disposableObj != null)
    {
        disposableObj.Dispose();
    }
}

第二种写法：
IList list = new ArrayList();
foreach (Object obj in list)
{
    //do something ...
}

对比这两种写法，第一种写法非常罗嗦，所以C#引入了foreach的语法。通过观察第一种写法，foreach是通过GetEnumerator获得一个IEnumerator对象，通过IEnumerator对象执行MoveNext()方法和获取Current属性进行遍历的。

我们再通过Reflector工具，查看mscorlib.dll中System.Collection.ArrayList的实现：
//为了简单起见，我只列出ArrayList的Add、Clear、GetEnumerator的代码

public class ArrayList
{
    //这是一个版本标识，ArrayList对象，每做一个修改操作，_version都会加1
    private int _version;

    public virtual int Add(object value)
    {
        int num1;
        if (this._size == this._items.Length)
        {
            this.EnsureCapacity((this._size + 1));
        }
        this._items[this._size] = value;
        ++this._version; //注意此处
        this._size = ((num1 = this._size) + 1);
        return num1;
    }

    public virtual void Clear()
    {
        Array.Clear(this._items, 0, this._size);
        this._size = 0;
        ++this._version; //注意此处
    }

    //每次调用GetEnumerator方法，都会构造一个FastArrayListEnumerator
    //或者ArrayListEnumeratorSimple对象。
    public virtual IEnumerator GetEnumerator()
    {
        if (base.GetType() == typeof(ArrayList))
        {
            return new ArrayList.FastArrayListEnumerator(this);
        }
        return new ArrayList.ArrayListEnumeratorSimple(this);
    }
}

通过上述代码可以看到，ArrayList是通过_version成员变量作版本标识的，每次执行Add、Clear等修改ArrayList内容的操作，都会将版本号加1，而每次调用GetEnumerator方法，都会构造一个FastArrayListEnumerator或者ArrayListEnumeratorSimple对象。我们再看

FastArrayListEnumerator的实现：
class FastArrayListEnumerator
{
    private int version;

    internal FastArrayListEnumerator(ArrayList list)
    {
        this.list = list;
        this.index = -1;

        //获取构建FastArrayListEnumerator对象时ArrayList的版本号
        this.version = list._version; 

        this.lastIndex = (list._size - 1);
    }

    public bool MoveNext()
    {
        int num1;

        //比较ArrayList当前的版本号，
        //是否和构建FastArrayListEnumerator对象时的版本号一致
        //如果不一致，则抛出异常。
        if (this.version != this.list._version)
        {
            throw new InvalidOperationException(
                Environment.GetResourceString("InvalidOperation_EnumFailedVersion")
                );
        }

        //... ... 
    }
}

FastArrayListEnumerator对象构建时，当时时ArrayList的版本号。当执行MoveNext()操作时，检查ArrayList当前的版本号是否和FastArrayListEnumerator对象构建时的版本号一致，如果不一致就会抛出异常。

由于Enumerator中，做了版本检查处理的工作，所以使用foreach是线程安全，而使用for则不时。为什么呢？如果在使用foreach遍历对象的过程中，其他线程修改了List的内容，例如添加或者删除，就会出现不可知的错误，而使用foreach则能够正确抛出错误信息。

综上所述，结论如下：
使用for，更高效率。
使用foreach，更安全。

那么如何选择呢？我的建议是，在一些全局的，多线程可以访问的数据结构对象，使用foreach。而对本地变量，则使用for，效率和安全兼顾！例如：

public void F1(IList globalList)
{
    IList waitForDeleteList = new ArrayList();

    //全局变量，使用foreach，保证线程
    foreach (Object item in globalList)
    {

        if (condition)
        {
            waitForDeleteList.Add(item);
        }
    }

    //本地变量使用for，保证效率
    int waitForDeleteListCount = waitForDeleteList.Count;
    for (int i = 0; i < waitForDeleteListCount; ++i)
    {
        globalList.Remove(waitForDeleteList[i]);
    }
}

以上建议，对于在Java环境下也使用，我阅读过JDK 1.4的java.util.ArrayList的实现，.NET Framework的实现和JDK的实现，几乎是一样的，是否抄袭，见仁见智。上述的C#代码在Java环境中应为：

public void f1(List globalList) {
    List waitForDeleteList = new ArrayList();
    //全局变量，使用Iterator遍历，保证线程
    Iterator iter = globalList.iterator();
    while (iter.hasNext()) {
        Object item = iter.next();
        if (condition) {
            waitForDeleteList.add(item);
        }
    }
    
    //本地变量使用for，保证效率
    int waitForDeleteListCount = waitForDeleteList.size();
    for (int i = 0; i < waitForDeleteListCount; ++i) {
        globalList.remove(waitForDeleteList.get(i));
    }
}

注意，以上代码并不是做该项工作的最优算法，如果需要更高的效率，修改如下：

C#版本
public void F1(IList globalList)
{
    bool condition = true;
    IList waitForDeleteList = new ArrayList();

    //全局变量，使用foreach，保证线程
    int itemIndex = 0;
    foreach (Object item in globalList)
    {
        if (condition)
        {
            waitForDeleteList.Add(index);
        }
        ++itemIndex;
    }

    //本地变量使用for，保证效率
    int waitForDeleteListCount = waitForDeleteList.Count;
    for (int i = waitForDeleteListCount - 1; i >= 0; --i)
    {
        index = (int) waitForDeleteList[i];
        globalList.RemoveAt(itemIndex);
    }
}

Java版本：
public void f1(List globalList) {
    List waitForDeleteList = new ArrayList();
    //全局变量，使用Iterator遍历，保证线程
    Iterator iter = globalList.iterator();
    int index = 0;
    while (iter.hasNext()) {
        Object item = iter.next();
        if (condition) {
            waitForDeleteList.add(new Integer(index));
        }
        ++index;
    }
    
    //本地变量使用for，保证效率
    int waitForDeleteListCount = waitForDeleteList.size();
    for (int i = waitForDeleteListCount - 1; i >= 0; --i) {
       index = ((Integer) waitForDeleteList.get(i)).intValue();
        globalList.remove(index);
    }
}