Java集合学习之forEach()遍历方法的底层原理

        forEach()时Java集合中十分便捷的一个函数，但是很多人在使用很久后只知道其如何使用，但是并不知道其底层的实现原理时什么，Java是一门开源的语言，因此我们可以通过查阅底层的实现源代码来一窥其真容，这对我们未来集合的学习将起到至关重要的作用。

        集合的 forEach() 方法是遍历元素的便捷方式，其底层原理基于 函数式接口 和 迭代器模式。

一.forEach的使用

我们先给出一段forEach() 的使用代码：

import java.util.*;public class ForEachExample {public static void main(String[] args) {// 1. List 遍历List<String> fruits = Arrays.asList("Apple", "Banana", "Cherry");System.out.println("=== List 遍历 ===");fruits.forEach(fruit -> System.out.println("水果: " + fruit));// 2. Set 遍历Set<Integer> numbers = new HashSet<>(Arrays.asList(10, 20, 30, 40));System.out.println("\n=== Set 遍历 ===");numbers.forEach(number -> {int squared = number * number;System.out.println(number + "的平方: " + squared);});// 3. Map 遍历 (使用 BiConsumer)Map<String, Integer> priceMap = new HashMap<>();priceMap.put("iPhone", 6999);priceMap.put("iPad", 3299);priceMap.put("MacBook", 12999);}
}

输出结果如下：

=== List 遍历 ===
水果: Apple
水果: Banana
水果: Cherry=== Set 遍历 ===
20的平方: 400
40的平方: 1600
10的平方: 100
30的平方: 900=== Map 遍历 ===
MacBook 价格: ¥12999
iPhone 价格: ¥6999
iPad 价格: ¥3299

二.查看forEach源码

        将鼠标放置在idle的forEach()方法上，点击ctrl+B,就会跳转在forEach()方法的源码中，如下图所示：

三.源码分析

        我们将使用的方法的语句与定义forEach()方法的语句对比来看，定义forEach()方法的参数中有Consumer<? super T> action，那么这个就是我们对应的lambda表达式，那么其中的Consumer是什么？

答案就是一个接口，接口的内容如下所示：

        所以我们就是以函数式编程的方法完成了Consumer接口中的accept方法，然后在由forEach()方法去调用这个方法通过增强for的形式完成我们要执行的内容。

关键角色：Consumer 函数式接口

• Consumer<T> 是一个函数式接口，定义了 accept(T t) 方法。

• 使用 Lambda 或方法引用时，编译器会生成 Consumer 的实现：

list.forEach(element -> System.out.println(element));
// 等价于
list.forEach(new Consumer<>() {@Overridepublic void accept(String element) {System.out.println(element);}
});

以上的内容都是基于List完成，部分集合类重写了 forEach() 以提升性能

        使用`forEach()`方法与使用显式的迭代器（Iterator）或增强型for循环在性能上几乎没有差别，因为它们的底层实现都是迭代器。但是，在某些特定的集合实现中，如果覆盖了`forEach()`方法并进行了优化，可能会有微小差异。不过，在大多数情况下，这种差异可以忽略不计。

ArrayList：直接遍历数组，避免迭代器开销：

public void forEach(Consumer<? super E> action) {final E[] elementData = this.elementData;for (int i = 0; i < size; i++) {action.accept(elementData[i]);}
}

HashMap：遍历桶数组和链表/红黑树：

public void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {Node<K,V>[] tab = table;for (Node<K,V> node : tab) {while (node != null) {action.accept(node.key, node.value);node = node.next;}}
}

        `forEach()`方法接受一个`Consumer`（对于Map是`BiConsumer`），所以我们可以使用Lambda表达式来传递行为。这使得代码更加简洁和易读。

四.与 Stream API 的关系

forEach() 也可用于 Stream：

list.stream().forEach(System.out::println);

区别：Stream.forEach() 不保证顺序（除非调用 forEachOrdered），而集合的 forEach() 按迭代顺序执行。

五.总结