2024-03-14  阅读(57)
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回答

fail-fast 即快速失败机制,是 Java 集合中一种错误检测机制,旨在尽早地发现并发修改异常。当对一个集合进行迭代时,如果该集合在迭代过程中,其结构发生了改变(添加、删除等操作),就会发生 fail-fast,即迭代器会立刻抛出 ConcurrentModificationException异常,从而防止不一致的行为。

其工作原理是基于对集合结构修改次数的检测,当创建迭代器时,它会记住集合的结构修改次数,在迭代过程中,如果迭代器检测到集合的结构修改次数与它初始化时记录的次数不一致时,就会抛出ConcurrentModificationException

详解

演示 fail-fast 机制

下面用一个简单的例子来演示下 fail-fast 机制:

    @Test
    public void failFastTest() {
        List<String> skList = new ArrayList<>();
        skList.add("sike");
        skList.add("sike-java");
        skList.add("sike-redis");
        skList.add("sike-netty");

        Iterator<String> iterator = skList.iterator();

        // 遍历列表
        while (iterator.hasNext()) {
            String skStr = iterator.next();

            // 在迭代过程中尝试修改列表
            if (skStr.endsWith("java")) {
                skList.remove("sike-java"); // 这将触发ConcurrentModificationException
            }
        }
    }

执行结果:

在遍历 ArrayList 的过程中,我们删除了一个元素,这是不允许的操作,因为它违反了 fail-fast 机制。如果我们替换为下面的方式呢?

    @Test
    public void failFastTest() {
        //..

        // 遍历列表
        while (iterator.hasNext()) {
            String skStr = iterator.next();

            // 在迭代过程中尝试修改列表
            if (skStr.endsWith("java")) {
                iterator.remove();
            }
        }
    }

这种方式是不会触发 fail-fast 的,因为它是通过迭代器来安全地修改集合的结构,而迭代器知道如何在删除元素后更新其内部状态,以防止ConcurrentModificationException

我们再看一个多线程的情况:

    @Test
    public void failFastTest() throws InterruptedException {
        List<String> skList = new ArrayList<>();
        skList.add("sike");
        skList.add("sike-java");
        skList.add("sike-redis");
        skList.add("sike-netty");

        new Thread(() -> {
            Iterator<String> iterator = skList.iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                String sk = iterator.next();
                System.out.println(sk);
                try {
                    Thread.sleep(1000); // 等待线程 2 来改变 skList 的结构
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
            try {
                // 先让线程 1 启动
                Thread.sleep(600);
                // 再删除,改变 skList 的结构
                skList.remove(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }).start();

        Thread.sleep(8000);
    }

执行结果

fail-fast 机制原理

我们以 ArrayList 中的迭代器为例,直接看 next()

    public E next() {
        checkForComodification();
        int i = cursor;
        if (i >= size)
            throw new NoSuchElementException();
        Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
        if (i >= elementData.length)
            throw new ConcurrentModificationException();
        cursor = i + 1;
        return (E) elementData[lastRet = i];
    }

next() 首先就会调用 checkForComodification()

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

checkForComodification() 用于检测 modCountexpectedModCount 是否相等,如果不等则抛出 ConcurrentModificationException

modCount 字段定义在 ArrayList 中,用于记录 ArrayList 发生结构型变化的次数。而 expectedModCount 定义在迭代器 Itr 中,其初始值等于 modCount

当我们调用 ArrayList 的 add()、remove() 等改变结构的方法时,modCount 就会 + 1,这样势必会导致 modCount != expectedModCount

那为什么调用 iterator.remove() 不会发生 ConcurrentModificationException 异常呢?主要是因为 iterator.remove() 方法会调整 expectedModCount 的值:

        public void remove() {
            if (lastRet < 0)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();

            try {
                ArrayList.this.remove(lastRet);
                cursor = lastRet;
                lastRet = -1;
                // 调整 expectedModCount
                expectedModCount = modCount;
            } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }

各位小伙伴想想,如果我这了将 expectedModCount = modCount 调整为 expectedModCount++ 是否可以?为什么呢?调用一次 remove() ,执行expectedModCount + 1 有错没呢?

如何避免fail-fast 机制

当遇到ConcurrentModificationException时,我们可以采取如下几种方式来避免:

  1. 使用迭代器的remove():如果需要在迭代过程中删除元素,应该使用迭代器自己的remove(),而不是集合的remove()
  2. 使用并发集合:如果在并发环境,就用ConcurrentHashMapCopyOnWriteArrayList 这些并发集合。
  3. 显式同步:在修改集合时进行显式同步,以确保不会在迭代过程中进行修改
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