`for-each` — duyệt collection không cần index

Duyệt mảng bằng for (int i = 0; i < arr.length; i++) không sai, nhưng 90% lần bạn không cần i — bạn chỉ cần element. Java 5 thêm enhanced for (cộng đồng gọi for-each) làm sạch pattern đó: đọc thẳng element, bỏ qua index.

Bài này giải thích for-each không chỉ là "cú pháp ngắn hơn" — nó đứng trên interface Iterable / Iterator, cơ chế nào làm nó chạy, khi nào buộc phải quay về for có index, và bẫy ConcurrentModificationException đáng sợ.

1. Analogy — giỏ trái cây

Bạn có một giỏ trái cây. Bạn không cần biết "trái thứ 3 là gì" — bạn chỉ cần lần lượt lấy từng trái ra xem. Đó là for-each: xin collection "đưa tôi từng element", không bận tâm index.

2. Cú pháp

for (<type> <var> : <iterable>) {
    // body dung <var>
}

Ví dụ:

int[] arr = {10, 20, 30};
for (int x : arr) {
    System.out.println(x);
}

Đọc: "với mỗi int x trong arr, in x".

Hoạt động trên:

• Array — mọi kiểu, kể cả primitive int[], double[].
• Collection — List, Set, Queue, Map.entrySet() / keySet() / values(), bất cứ class nào implement Iterable<T>.

List<String> names = List.of("An", "Binh", "Chau");
for (String name : names) {
    System.out.println("Chao " + name);
}

Set<Integer> ids = Set.of(1, 2, 3);
for (int id : ids) {                   // auto-unbox Integer -> int
    System.out.println(id);
}

Map<String, Integer> score = Map.of("An", 10, "Binh", 8);
for (Map.Entry<String, Integer> e : score.entrySet()) {
    System.out.println(e.getKey() + "=" + e.getValue());
}

3. Cơ chế bên dưới — Iterable và Iterator

for-each không phải magic. Compiler rewrite nó thành code dùng Iterator:

// Ban viet:
for (String s : list) { doSomething(s); }

// Compiler sinh ra (don gian hoa):
for (Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
    String s = it.next();
    doSomething(s);
}

Cần 2 interface:

• Iterable<T> — "tôi có thể cung cấp iterator". Method duy nhất: Iterator<T> iterator();
• Iterator<T> — "tôi đi qua từng element". Methods: boolean hasNext(), T next(), (optional) void remove().

Bất kỳ class nào implement Iterable<T> đều dùng được với for-each. Bạn có thể tự viết class iterable:

class Range implements Iterable<Integer> {
    private final int from, to;
    public Range(int from, int to) { this.from = from; this.to = to; }

    @Override
    public Iterator<Integer> iterator() {
        return new Iterator<>() {
            int i = from;
            public boolean hasNext() { return i < to; }
            public Integer next() { return i++; }
        };
    }
}

// Dung:
for (int x : new Range(0, 5)) {
    System.out.println(x);  // 0 1 2 3 4
}

3.1 Trường hợp đặc biệt — Array

Array không implement Iterable (không có iterator()). Compiler xử lý array khác Collection:

// Array: compiler sinh for co index
for (int x : arr) { ... }
// thanh:
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
    int x = arr[i];
    ...
}

// Collection: compiler sinh for dung iterator
for (String s : list) { ... }
// thanh:
for (Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
    String s = it.next();
    ...
}

Cả 2 cùng cú pháp, nhưng bytecode khác. Với array không có overhead Iterator — tối ưu như for có index.

flowchart LR
    A["for-each cu phap"] --> B{"array hay Iterable?"}
    B -->|array| C["for (int i = 0; ...) { arr[i] }"]
    B -->|Iterable| D["iterator() + hasNext + next"]

4. Khi nào for-each, khi nào for có index?

4.1 Muốn index kèm element?

Không có cú pháp native. Workaround:

// Cach 1: tu dem
int i = 0;
for (String name : names) {
    System.out.println(i + ": " + name);
    i++;
}

// Cach 2: for co index
for (int j = 0; j < names.size(); j++) {
    System.out.println(j + ": " + names.get(j));
}

// Cach 3 (modern): IntStream + forEach
IntStream.range(0, names.size())
    .forEach(k -> System.out.println(k + ": " + names.get(k)));

Python có enumerate(), JavaScript có .entries(). Java 21 vẫn chưa có; chọn cách nào tuỳ style team.

5. Bẫy ConcurrentModificationException

List<String> list = new ArrayList<>(List.of("a", "b", "c"));
for (String s : list) {
    if (s.equals("b")) {
        list.remove(s);   // NEM ConcurrentModificationException
    }
}

Vì sao? Iterator giữ state (vị trí hiện tại, "mod count" của list). Khi bạn gọi list.remove() trực tiếp (không qua iterator), mod count tăng → iterator lần next() kế tiếp thấy mod count lệch → ném ConcurrentModificationException.

Fix:

// Cach 1: Iterator.remove()
Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    String s = it.next();
    if (s.equals("b")) it.remove();
}

// Cach 2: removeIf (Java 8+)
list.removeIf(s -> s.equals("b"));

// Cach 3: build list moi
List<String> keep = new ArrayList<>();
for (String s : list) {
    if (!s.equals("b")) keep.add(s);
}

removeIf là ngắn gọn nhất — nội bộ dùng iterator an toàn.

5.1 "Fail-fast" không phải là đảm bảo thread-safety

Mod count check là best-effort — nó không đảm bảo phát hiện mọi race condition giữa thread. Tên gọi "fail-fast" nghĩa: nếu phát hiện được, fail sớm với exception thay vì cho ra dữ liệu sai. Nhưng nó có thể miss case — đừng dựa vào nó để implement concurrent code. Dùng CopyOnWriteArrayList, ConcurrentHashMap cho đa thread.

6. Pattern hay gặp

6.1 Sum / product trên mảng

int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
int sum = 0;
for (int x : arr) sum += x;

Ngắn hơn hẳn so với index-based. JIT optimize tương đương.

6.2 Duyệt Map

Map<String, Integer> counts = Map.of("a", 1, "b", 2, "c", 3);

// Cach 1 — ca key va value
for (Map.Entry<String, Integer> e : counts.entrySet()) {
    System.out.println(e.getKey() + " = " + e.getValue());
}

// Cach 2 — chi key
for (String k : counts.keySet()) {
    System.out.println(k);
}

// Cach 3 — chi value
for (int v : counts.values()) {
    System.out.println(v);
}

Chọn cái nào tuỳ cần gì. entrySet() hiệu quả nhất khi cần cả key + value — keySet() rồi gọi get(k) là 2 lần lookup.

6.3 Lồng nested

int[][] matrix = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {7, 8, 9}};
for (int[] row : matrix) {
    for (int cell : row) {
        System.out.print(cell + " ");
    }
    System.out.println();
}

7. Pitfall tổng hợp

❌ Nhầm 1: Cố update element qua biến for-each.

for (int x : arr) {
    x = x * 2;   // KHONG doi arr — x la ban sao
}

✅ Đây là pass-by-value (bài Module 2). x là biến local copy. Muốn sửa mảng, dùng for có index: arr[i] = arr[i] * 2.

❌ Nhầm 2: Modify collection trong for-each.

for (String s : list) {
    if (bad(s)) list.remove(s);  // ConcurrentModificationException
}

✅ list.removeIf(...), Iterator.remove(), hoặc build list mới.

❌ Nhầm 3: For-each trên null.

List<String> list = null;
for (String s : list) { ... }  // NullPointerException

✅ Kiểm tra null trước, hoặc dùng Collections.emptyList() làm default.

❌ Nhầm 4: Unbox Integer null.

List<Integer> list = Arrays.asList(1, null, 3);
for (int x : list) { ... }   // NPE khi gap null

✅ Dùng Integer x (wrapper, cho phép null), kiểm tra null trong body.

8. 📚 Deep Dive Oracle

9. Tóm tắt

• for (type x : iterable) — duyệt mà không cần index. Đọc: "for each x in iterable".
• Hoạt động với array và mọi class implement Iterable (List, Set, Queue, Map.entrySet()...).
• Compiler rewrite 2 cách: array → for có index; Iterable → iterator loop.
• Không access được index — cần index thì dùng for có counter.
• Không modify element qua biến for-each — biến là pass-by-value copy.
• Không add/remove collection trong for-each — dùng Iterator.remove(), removeIf(), hoặc tạo list mới.
• ConcurrentModificationException là "fail-fast" best-effort, không đảm bảo detect 100%.

10. Tự kiểm tra

int[] arr = {1, 2, 3};
for (int x : arr) {
    x = x * 10;
}
for (int x : arr) {
    System.out.println(x);
}

list.removeIf(s -> s.isEmpty());

Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    if (it.next().isEmpty()) it.remove();
}

// Tot — 1 lookup
for (var e : map.entrySet()) use(e.getKey(), e.getValue());

// Te hon — 2 lookup
for (var k : map.keySet()) use(k, map.get(k));

class Range implements Iterable<Integer> {
    private final int start, end;
    public Range(int start, int end) { this.start = start; this.end = end; }

    public Iterator<Integer> iterator() {
        return new Iterator<>() {
            int i = start;
            public boolean hasNext() { return i < end; }
            public Integer next() { return i++; }
        };
    }
}

// Dung:
for (int x : new Range(0, 5)) {
    System.out.println(x);  // 0 1 2 3 4
}

Bài tiếp theo: break và continue — điều khiển luồng bên trong vòng lặp