Java集合快速失敗與安全失敗解析
Java集合快速失敗與安全失敗
前言
我們在開發(fā)過程中有沒有在遍歷集合的時候遇到過ConcurrentModificationException這樣的異常，那么什么樣的原因?qū)е逻@種異常呢？本篇博客將帶領(lǐng)大家去了解一下Java集合fail-fast快速失敗機制與fail-safe安全失敗機制。
正文
fail-fast與fail-safe
- fail-fast快速失敗機制： 是Java集合中的一種機制，在用迭代器遍歷一個集合對象時，如果遍歷過程中對集合對象的內(nèi)容進(jìn)行了修改（增加、刪除、修改），則會拋出ConcurrentModificationException。
- fail-safe安全失敗機制：java.util.concurrent包下的容器都是安全失敗，在遍歷時不是直接在集合內(nèi)容上訪問的，而是先copy原有集合內(nèi)容,在拷貝的集合上進(jìn)行遍歷，因此采用安全失敗的容器可以在多線程下并發(fā)使用，并發(fā)修改。
fail-fast快速失敗機制
public class test {
public static void main(String[] args) {
testForHashMap();
}
private static void testForHashMap() {
HashMap<String,String> hashMap =new LinkedHashMap<>();
hashMap.put("1","a");
hashMap.put("2","b");
hashMap.put("3","c");
Iterator<Map.Entry<String,String>> iterator=hashMap.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
hashMap.put("bloom","bloom");
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
快速失敗機制下修改集合元素觸發(fā)快速失敗，輸出結(jié)果：
遍歷集合時,新增或者刪除元素，將拋ConcurrentModificationException異常
fail-safe安全失敗機制
public class test {
public static void main(String[] args) {
testForHashTable();
}
private static void testForHashTable() {
Hashtable<String,String> hashtable =new Hashtable();
hashtable.put("4","d");
hashtable.put("5","e");
hashtable.put("6","f");
Enumeration<String> iterator1=hashtable.elements();
while (iterator1.hasMoreElements()) {
hashtable.put("bloom","bloom");
System.out.println(iterator1.nextElement());
}
}
}
安全失敗機制下修改集合元素，輸出結(jié)果
我們可以在遍歷集合的同時，新增、刪除元素
小結(jié)一下
fail-fast，它是Java集合的一種錯誤檢測機制。
在用迭代器遍歷一個集合對象時，如果遍歷過程中不應(yīng)該對集合對象的內(nèi)容進(jìn)行了修改（增加、刪除、修改），可以新建一個新的集合進(jìn)行操作。
快速失敗&安全失?。ㄗ钊目偨Y(jié)）
public static void main(String[] args) {
Hashtable<String, String> table = new Hashtable<String, String>();
table.put("a", "aa");
table.put("b", "bb");
table.put("c", "cc");
table.remove("c");
Iterator<Entry<String, String>> iterator = table.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next().getValue());
//采用iterator直接進(jìn)行修改 程序正常
iterator.remove();
//直接從hashtable增刪數(shù)據(jù)就會報錯
table.put("d", "dd");
//直接從hashtable增刪數(shù)據(jù)就會報錯，hashtable，hashmap等非并發(fā)集合，如果在迭代過程中增減了數(shù)據(jù)，就是快速失敗
table.remove("c");
}
System.out.println("-----------");
Lock lock = new ReentrantLock();
//即使加上lock，還是會跑出ConcurrentModificationException異常
lock.lock();
HashMap<String, String> hashmap = new HashMap<String, String>();
hashmap.put("a", "aa");
hashmap.put("b", "bb");
hashmap.put("c", "cc");
Iterator<Entry<String, String>> iterators = hashmap.entrySet().iterator();
while (iterators.hasNext()) {
System.out.println(iterators.next().getValue());
// 正常
iterators.remove();
//直接從hashtable增刪數(shù)據(jù)就會報錯。
//hashtable，hashmap等非并發(fā)集合，如果在迭代過程中增減了數(shù)據(jù)，會快速失敗 (一檢測到修改，馬上拋異常)
//java.util.ConcurrentModificationException
hashmap.remove("c");
}
System.out.println("-----------");
lock.unlock();
ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<String, String>();
map.put("a", "aa");
map.put("b", "bb");
map.put("c", "cc");
Iterator<Entry<String, String>> mapiterator = map.entrySet().iterator();
while (mapiterator.hasNext()) {
System.out.println(mapiterator.next().getValue());
map.remove("c");// 正常 并發(fā)集合不存在快速失敗問題
map.put("c", "cc");// 正常 并發(fā)集合不存在快速失敗問題
}
System.out.println("-----------");
}
運行該段代碼發(fā)現(xiàn)，在Hashtable和HashMap的循環(huán)迭代過程中在容器對象上做“修改”操作的話，是跑出java.util.ConcurrentModificationException異常，在Iterator上做操作不會異常。但是ConcurrentHashMap在容器對象和Iterator對象上都不會拋異常，這是為什么呢？
（1）首先來介紹兩個概念，快速失敗和安全失敗。
Iterator的安全失敗是基于對底層集合做拷貝，因此，它不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(yuǎn)不會拋出這樣的異常。
（2）我們查看Hashtable、HashMap、ConcurrentHashMap的在Java API底層的entrySet對象發(fā)現(xiàn)，三者都做了對當(dāng)前對象的拷貝，三者的處理方式是一樣的，那區(qū)別在哪里呢？看看獲取下一個entrySet在邏輯上的區(qū)別
這是Hashtable、HashMap的
final Node<K,V> nextNode() {
Node<K,V>[] t;
Node<K,V> e = next;
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();
if ((next = (current = e).next) == null && (t = table) != null) {
do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
}
return e;
}
這是ConcurrentHashMap的
public final Map.Entry<K,V> next() {
Node<K,V> p;
if ((p = next) == null)
throw new NoSuchElementException();
K k = p.key;
V v = p.val;
lastReturned = p;
advance();
return new MapEntry<K,V>(k, v, map);
}
/**
* Advances if possible, returning next valid node, or null if none.
*/
final Node<K,V> advance() {
Node<K,V> e;
if ((e = next) != null)
e = e.next;
for (;;) {
Node<K,V>[] t; int i, n; // must use locals in checks
if (e != null)
return next = e;
if (baseIndex >= baseLimit || (t = tab) == null ||
(n = t.length) <= (i = index) || i < 0)
return next = null;
if ((e = tabAt(t, i)) != null && e.hash < 0) {
if (e instanceof ForwardingNode) {
tab = ((ForwardingNode<K,V>)e).nextTable;
e = null;
pushState(t, i, n);
continue;
}
else if (e instanceof TreeBin)
e = ((TreeBin<K,V>)e).first;
else
e = null;
}
if (stack != null)
recoverState(n);
else if ((index = i + baseSize) >= n)
index = ++baseIndex; // visit upper slots if present
}
}
ConcurrentHashMap中的迭代器主要包括entrySet、keySet、values方法。它們大同小異，這里選擇entrySet解釋。當(dāng)我們調(diào)用entrySet返回值的iterator方法時，返回的是EntryIterator，在EntryIterator上調(diào)用next方法時，最終實際調(diào)用到了HashIterator.advance()方法。這個方法在遍歷底層數(shù)組。
在遍歷過程中，如果已經(jīng)遍歷的數(shù)組上的內(nèi)容變化了，迭代器不會拋出ConcurrentModificationException異常。如果未遍歷的數(shù)組上的內(nèi)容發(fā)生了變化，則有可能反映到迭代過程中。
這就是ConcurrentHashMap迭代器弱一致的表現(xiàn)。ConcurrentHashMap的弱一致性主要是為了提升效率，是一致性與效率之間的一種權(quán)衡。要成為強一致性，就得到處使用鎖，甚至是全局鎖，這就與Hashtable和同步的HashMap一樣了。
最后我們看看JDK中對于快速失敗的描述：
注意，此實現(xiàn)不是同步的。如果多個線程同時訪問一個哈希映射，而其中至少一個線程從結(jié)構(gòu)上修改了該映射，則它必須 保持外部同步。（結(jié)構(gòu)上的修改是指添加或刪除一個或多個映射關(guān)系的任何操作；僅改變與實例已經(jīng)包含的鍵關(guān)聯(lián)的值不是結(jié)構(gòu)上的修改。）這一般通過對自然封裝該映射的對象進(jìn)行同步操作來完成。
如果不存在這樣的對象，則應(yīng)該使用 Collections.synchronizedMap 方法來“包裝”該映射。最好在創(chuàng)建時完成這一操作，以防止對映射進(jìn)行意外的非同步訪問，如下所示： Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));由所有此類的“collection 視圖方法”所返回的迭代器都是快速失敗 的：在迭代器創(chuàng)建之后，如果從結(jié)構(gòu)上對映射進(jìn)行修改，除非通過迭代器本身的 remove 方法，其他任何時間任何方式的修改，迭代器都將拋出 ConcurrentModificationException。因此，面對并發(fā)的修改，迭代器很快就會完全失敗，而不冒在將來不確定的時間發(fā)生任意不確定行為的風(fēng)險。
注意，迭代器的快速失敗行為不能得到保證，一般來說，存在非同步的并發(fā)修改時，不可能作出任何堅決的保證?？焖偈〉鞅M最大努力拋出 ConcurrentModificationException。因此，編寫依賴于此異常的程序的做法是錯誤的，正確做法是：迭代器的快速失敗行為應(yīng)該僅用于檢測程序錯誤。
以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。
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