Java ArrayList.set()在forEach循环中乘法操作的异常行为疑问

问题重现 #

初始化数组 #

import java.util.ArrayList;
public class arraylists {

    public static void main (String[] args) {
        ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<Integer>();
        numbers.add(3);
        numbers.add(1);
        numbers.add(4);
        numbers.add(2);
        System.out.println(numbers.toString()); // 输出：[3, 1, 4, 2]
    }
}

加法操作（结果符合预期） #

numbers.forEach(number -> {
    numbers.set(numbers.indexOf(number), number + 10);
});
System.out.println(numbers.toString()); // 输出：[13, 11, 14, 12]

乘法操作（结果异常） #

numbers.forEach(number -> {
    numbers.set(numbers.indexOf(number), number * 2);
});
System.out.println(numbers.toString()); // 实际输出：[6, 4, 8, 2]，预期输出：[6, 2, 8, 4]

问题根源 #

问题出在numbers.indexOf(number)的逻辑上：

• indexOf()的作用是返回数组中第一个与目标元素相等的索引，并非当前遍历到的元素的索引。
• 乘法操作的执行步骤拆解：
  1. 遍历第一个元素3：indexOf(3)找到索引0，设置为3*2=6，数组变为[6,1,4,2]
  2. 遍历第二个元素1：indexOf(1)找到索引1，设置为1*2=2，数组变为[6,2,4,2]
  3. 遍历第三个元素4：indexOf(4)找到索引2，设置为4*2=8，数组变为[6,2,8,2]
  4. 遍历第四个元素2：此时数组中第一个2位于索引1，indexOf(2)返回1，于是把索引1的元素修改为2*2=4，最终数组变成[6,4,8,2]

加法操作未出现异常，是因为每个元素加10后都是唯一值，indexOf()总能匹配到当前元素对应的正确索引，不会出现“找错位置”的情况。

解决方案 #

要避免这类问题，需要直接基于索引遍历，或使用不依赖元素值定位的修改方式：

方案1：普通for循环按索引遍历 #

for (int i = 0; i < numbers.size(); i++) {
    numbers.set(i, numbers.get(i) * 2);
}
System.out.println(numbers.toString()); // 输出：[6,2,8,4]

方案2：使用ListIterator（支持遍历中安全修改） #

ListIterator<Integer> iterator = numbers.listIterator();
while (iterator.hasNext()) {
    iterator.set(iterator.next() * 2);
}
System.out.println(numbers.toString()); // 输出：[6,2,8,4]

方案3：使用ArrayList的replaceAll方法（最简洁） #

numbers.replaceAll(number -> number * 2);
System.out.println(numbers.toString()); // 输出：[6,2,8,4]

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Sean