剖析fail-fast机制和ConcurrentModificationException

本文主要是介绍剖析fail-fast机制和ConcurrentModificationException，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

快速失败，是java集合中的一种错误检测机制。当多个线程对集合进行结构上的改变操作时，就有可能会产生fail-fast机制。例如存在两个线程1和2，线程1通过Iterator在遍历集合中元素时，线程2修改了集合的结构（添加或者删除元素），这个时候就会抛出ConcurrentModificationException异常，从而产生了fail-fast机制。
并发修改异常ConcurrentModificationException：方法检测到对象的并发修改时，但是不允许这种修改，就会抛出该异常。单线程和多线程时都有可能产生这种异常。

分析ArrayList源码可知，迭代器在调用next() 和remove()方法时，都会调用checkForComodification()方法，该方法主要就是检测modCount和expectedModCount是否相等。如果不相等则抛出异常，从而产生了fail-fast机制。
modCount用来记录集合修改的次数，每修改一次（添加或者删除），modCount++。

具体分析如下：
线程1在遍历集合A。调用了集合的iterator方法。

public Iterator<E> iterator() {return new Itr();}

Itr是ArrayList的内部类，实现了Iterator接口

 private class Itr implements Iterator<E> {int cursor;      int lastRet = -1;        
int expectedModCount = modCount;………省略@SuppressWarnings("unchecked")public E next() {checkForComodification();………省略        
}public void remove() {if (lastRet < 0)throw new IllegalStateException();checkForComodification();………省略}@Override@SuppressWarnings("unchecked")public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {………省略checkForComodification();}final void checkForComodification() {if (modCount != expectedModCount)throw new ConcurrentModificationException();}}

由上述可知，在调用remove和next方法时都会调用checkForComodification()方法。
看看checkForComodification()方法的实现，代码如下：

final void checkForComodification() {if (modCount != expectedModCount)throw new ConcurrentModificationException();}

这里进行了modCount 和expectedModCount的比较。如果不相等，则抛出ConcurrentModificationException异常。
下面分析一下什么时候才会不相等？

private class Itr implements Iterator<E> {int expectedModCount = modCount;

在新建itr对象时，会把当前的modCount的值传递给expectedModCount，之后, expectedModCount的值就不会再改变。因此下面要分析一下modCount什么时候会发生改变？以add方法为例

public void add(int index, E e) {rangeCheckForAdd(index);checkForComodification();parent.add(parentOffset + index, e);//修改modCount的值this.modCount = parent.modCount;this.size++;}

观察源码可知，add remove clear方法，只要涉及到修改集合结构时，就会改变modCount的值。
继续刚才线程1的执行，假设这时线程2执行了add方法，向集合中添加了一个元素，此时modCount++，线程1接着遍历，在执行到next函数时，调用checkForComodification方法比较expectedModCount和modCount的值，发现不相等了，就会抛出并发修改异常。从而产生了fail-fast机制。

如何解决fail-fast呢？或者解决并发修改异常呢？
可以使用同步来解决，在客户端调用会改变modCount值的方法时，加synchronized，或者直接使用Collections.synchronizedList类。
还可以使用jdk5提供的CopyOnWriteArrayList类。
CopyOnWriteArrayList仅仅实现了List集合接口，并没有继承AbstractList抽象类。ArrayList的iterator()方法是继承了AbstractList,但是CopyOnWriteArrayList是自己实现了iterator。最主要的原因是CopyOnWriteArrayList的Iterator实现类中没有checkForComodification方法，所以不会抛出并发修改异常。
那CopyOnWriteArrayList实现的原理是什么？以add方法为例

public boolean add(E e) {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {Object[] elements = getArray();int len = elements.length;Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);newElements[len] = e;setArray(newElements);return true;} finally {lock.unlock();}
}

关键就在于

Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);newElements[len] = e;setArray(newElements);

这三行代码。它是先对原先的数组进行复制，然后在复制之后的数组上进行添加元素，最后在改变原有数据的引用即可。怪不得该类叫做CopyOnWriteArrayList，无疑是先复制再进行写操作！

这篇关于剖析fail-fast机制和ConcurrentModificationException的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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