快捷導(dǎo)航

Java集合中的fail-fast(快速失敗)機制詳解

更新時間：2021年02月12日 10:29:13 作者：Listen-Y

這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于Java集合中fail-fast(快速失敗)機制的相關(guān)資料，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

簡介

我們知道Java中Collection接口下的很多集合都是線程不安全的, 比如 java.util.ArrayList不是線程安全的, 因此如果在使用迭代器的過程中有其他線程修改了list，那么將拋出ConcurrentModificationException，這就是所謂fail-fast策略。

這一策略在源碼中的實現(xiàn)是通過 modCount 域，modCount 顧名思義就是修改次數(shù)，對ArrayList 內(nèi)容的修改都將增加這個值，那么在迭代器初始化過程中會將這個值賦給迭代器的 expectedModCount。在迭代過程中，判斷 modCount 跟 expectedModCount 是否相等，如果不相等就表示已經(jīng)有其他線程修改了 list
注意到 modCount 聲明為 volatile，保證線程之間修改的可見性。

modCount和expectedModCount

modCount和expectedModCount是用于表示修改次數(shù)的，其中modCount表示集合的修改次數(shù)，這其中包括了調(diào)用集合本身的add, remove, clear方法等修改方法時進行的修改和調(diào)用集合迭代器的修改方法進行的修改。而expectedModCount則是表示迭代器對集合進行修改的次數(shù)。

設(shè)置expectedModCount的目的就是要保證在使用迭代器期間，list對象只能有這一個迭代器對list進行修改。

在創(chuàng)建迭代器的時候會把對象的modCount的值傳遞給迭代器的expectedModCount：

 private class ListItr implements ListIterator<E> {
  private Node<E> lastReturned;
  private Node<E> next;
  private int nextIndex;
  private int expectedModCount = modCount;

如果創(chuàng)建多個迭代器對一個集合對象進行修改的話，那么就會有一個modCount和多個expectedModCount，且modCount的值之間也會不一樣，這就導(dǎo)致了moCount和expectedModCount的值不一致，從而產(chǎn)生異常：

public E next() {
  checkForComodification();
  if (!hasNext())
  throw new NoSuchElementException();

  lastReturned = next;
  next = next.next;
  nextIndex++;
  return lastReturned.item;
 }

上面的代碼中的checkForComodification會檢查modCount和expectedModCount的值是否一致，不一致則拋出異常。

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

modCount是如何被修改的

 // 添加元素到隊列最后
 public boolean add(E e) {
  // 修改modCount
  ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!!
  elementData[size++] = e;
  return true;
 }


 // 添加元素到指定的位置
 public void add(int index, E element) {
  if (index > size || index < 0)
   throw new IndexOutOfBoundsException(
   "Index: "+index+", Size: "+size);

  // 修改modCount
  ensureCapacity(size+1); // Increments modCount!!
  System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
    size - index);
  elementData[index] = element;
  size++;
 }

 // 添加集合
 public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
  Object[] a = c.toArray();
  int numNew = a.length;
  // 修改modCount
  ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount
  System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
  size += numNew;
  return numNew != 0;
 }


 // 刪除指定位置的元素
 public E remove(int index) {
  RangeCheck(index);

  // 修改modCount
  modCount++;
  E oldValue = (E) elementData[index];

  int numMoved = size - index - 1;
  if (numMoved > 0)
   System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
  elementData[--size] = null; // Let gc do its work

  return oldValue;
 }


 // 快速刪除指定位置的元素
 private void fastRemove(int index) {

  // 修改modCount
  modCount++;
  int numMoved = size - index - 1;
  if (numMoved > 0)
   System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
        numMoved);
  elementData[--size] = null; // Let gc do its work
 }

 // 清空集合
 public void clear() {
  // 修改modCount
  modCount++;

  // Let gc do its work
  for (int i = 0; i < size; i++)
   elementData[i] = null;

  size = 0;
 }

也就是在對集合進行數(shù)據(jù)的增刪的時候都會執(zhí)行modcount++, 那么如果一個線程還在使用迭代器遍歷這個list的時候就會發(fā)現(xiàn)異常, 發(fā)生 fail-fast(快速失敗)

fail-fast(快速失敗)和fail-safe(安全失敗)比較

Iterator的快速失敗是基于對底層集合做拷貝是淺拷貝，因此，它受源集合上修改的影響。java.util包下面的所有的集合類都是快速失敗的

而java.util.concurrent包下面的所有的類都是使用鎖實現(xiàn)安全失敗的。

快速失敗的迭代器會拋出ConcurrentModificationException異常，而安全失敗的迭代器永遠不會拋出這樣的異常。

fail-fast解決什么問題

fail-fast機制，是一種錯誤檢測機制。

它只能被用來檢測錯誤，因為JDK并不保證fail-fast機制一定會發(fā)生。只是在多線程環(huán)境下告訴客戶端發(fā)生了多線程安全問題.
所以若在多線程環(huán)境下使用fail-fast機制的集合，建議使用“java.util.concurrent包下的類”去取代“java.util包下的類”。

如何解決fail-fast事件

ArrayList對應(yīng)的CopyOnWriteArrayList進行說明。我們先看看CopyOnWriteArrayList的源碼：

public class CopyOnWriteArrayList<E>
 implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {

 ...

 // 返回集合對應(yīng)的迭代器
 public Iterator<E> iterator() {
  return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
 }

 ...

 private static class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {
  private final Object[] snapshot;

  private int cursor;

  private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
   cursor = initialCursor;
   // 新建COWIterator時，將集合中的元素保存到一個新的拷貝數(shù)組中。
   // 這樣，當原始集合的數(shù)據(jù)改變，拷貝數(shù)據(jù)中的值也不會變化。
   snapshot = elements;
  }

  public boolean hasNext() {
   return cursor < snapshot.length;
  }

CopyOnWriteArrayList是自己實現(xiàn)Iterator, 并且CopyOnWriteArrayList的Iterator實現(xiàn)類中，沒有所謂的checkForComodification()，更不會拋出ConcurrentModificationException異常

CopyOnWriteArrayList在進行新建COWIterator時，將集合中的元素保存到一個新的拷貝數(shù)組中。這樣，當原始集合的數(shù)據(jù)改變，拷貝數(shù)據(jù)中的值也不會變化。