為什么Java toString（）在間接循環中無限循環？

Question

這更像是一個我想分享的問題而不是一個問題：當使用toString()打印時，Java將檢測Collection中的直接循環（Collection指向自身），但不是間接循環（其中Collection指的是另一個Collection，是指第一個 - 或更多步驟）。

import java.util.*;
public class ShonkyCycle {
  static public void main(String[] args) {
    List a = new LinkedList();
    a.add(a);                      // direct cycle
    System.out.println(a);         // works:  [(this Collection)]

    List b = new LinkedList();
    a.add(b);
    b.add(a);                      // indirect cycle
    System.out.println(a);         // shonky:  causes infinite loop!
  }
}

這對我來說是一個真正的問題，因為它發生在調試代碼中以打印出Collection（當它遇到直接循環時我感到很驚訝，所以我認為他們已經錯誤地實現了一般的檢查）。 有一個問題：為什么？

我能想到的解釋是，檢查一個引用自身的集合是非常便宜的，因為你只需要存儲集合（你已經存在），但是對於更長的周期，你需要存儲所有的集合你遭遇，從根開始。 此外，您可能無法肯定地告訴的根源是什么，所以你必須存儲系統中的每個集合-你無論如何做-但你也不得不做的每集合元素的哈希查找。 對於相對罕見的周期（在大多數編程中），這是非常昂貴的。 （我認為）它檢查直接循環的唯一原因是因為它如此便宜（一個參考比較）。

好的...我有點回答了我自己的問題 - 但是我錯過了什么重要的事嗎？ 有人想要添加任何東西嗎？

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澄清：我現在意識到我看到的問題特定於打印 Collection（即toString()方法）。 循環本身沒有問題（我自己使用它們並需要它們）; 問題是Java無法打印它們。 編輯 Andrzej Doyle指出它不僅僅是集合，而是任何調用toString對象。

鑒於它受此方法的限制，這里有一個檢查它的算法：

• root是調用第一個toString()的對象（為了確定這一點，你需要保持關於toString當前是否正在進行的狀態;所以這很不方便）。
  • 在遍歷每個對象時，將其添加到IdentityHashMap，以及唯一標識符（例如遞增的索引）。
  • 但如果此對象已在Map中，請寫出其標識符。

此方法還可以正確呈現multirefs（一個多次引用的節點）。

內存成本是IdentityHashMap（每個對象一個引用和索引）; 復雜性成本是有向圖中每個節點（即每個打印的對象）的哈希查找。

Answer 1

我認為從根本上說這是因為雖然語言試圖阻止你在腳下射擊自己，但它不應該以一種昂貴的方式這樣做。 因此，雖然幾乎可以自由地比較對象指針（例如obj == this ），但除此之外的任何事情都涉及在您傳入的對象上調用方法。

在這一點上，庫代碼對你傳入的對象一無所知。例如，泛型實現不知道它們是否是Collection （或Iterable ）本身的實例，而它可以找到這個通過instanceof ，誰來說是否是一個“類似集合”的對象實際上不是一個集合，但仍然包含一個延遲的循環引用？ 其次，即使它是一個集合，也不知道它的實際實現是什么，因此行為就像。 理論上，人們可以擁有一個包含所有Longs的集合，這些集合將被懶惰地使用; 但由於圖書館不知道這一點，因此迭代每個條目會非常昂貴。 或者實際上甚至可以設計一個永遠不會終止的迭代器集合（雖然這在實踐中很難使用，因為很多構造/庫類假設hasNext最終會返回false ）。

所以它基本上歸結為一個未知的，可能是無限的成本，以阻止你做一些可能實際上不是問題的事情。

Answer 2

我只想指出這句話：

當使用toString（）進行打印時， Java將檢測集合中的直接循環

是誤導。

Java （JVM，語言本身等）沒有檢測到自引用。 相反，這是java.util.AbstractCollection的toString()方法/覆蓋的屬性。

如果您要創建自己的Collection實現，語言/平台不會自動保護您免受這樣的自引用 - 除非您擴展AbstractCollection ，否則您必須確保自己覆蓋此邏輯。

我可能會在這里分裂，但我認為這是一個重要的區別。 僅僅因為JDK中的一個基礎類做了某些事情並不意味着“Java”作為整體保護傘就能做到。

以下是AbstractCollection.toString()的相關源代碼，其中注釋了關鍵字：

public String toString() {
    Iterator<E> i = iterator();
    if (! i.hasNext())
        return "[]";

    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    sb.append('[');
    for (;;) {
        E e = i.next();
        // self-reference check:
        sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e); 
        if (! i.hasNext())
            return sb.append(']').toString();
        sb.append(", ");
    }
}

Answer 3

您建議的算法的問題是您需要將IdentityHashMap傳遞給所涉及的所有集合。 使用已發布的Collection API無法做到這一點。 Collection接口未定義toString(IdentityHashMap)方法。

我想，無論是誰，Sun都會將自引用檢查放入AbstractCollection.toString()方法中，並且（與他的同事一起）認為“整體解決方案”是最重要的。 我認為目前的設計/實施是正確的。

並不要求Object.toString實現是防彈的。

Answer 4

你是對的，你已經回答了自己的問題。 檢查更長的周期（特別是長周期，例如周期長度1000）將是過多的開銷，並且在大多數情況下不需要。 如果有人想要，他必須親自檢查。

然而，直接循環的情況很容易檢查並且會更頻繁地發生，所以它是由Java完成的。

Answer 5

你無法真正發現間接周期; 這是暫停問題的典型例子。