java中fail-fast机制详解

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我是靠谱客的博主舒适钢笔，最近开发中收集的这篇文章主要介绍java中fail-fast机制详解，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

java中fail-fast机制详解

最近遇到一个HashMap相关的问题：如果HashMap在扩容的时候插入一组元素，这组元素能够插入成功吗？于是想到了fail-fast机制，以下是对于fail-fast的一些分析。

以ArrayList的源码为例：

public static void main(String[] args) {

        List<String> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            list.add(i + "");
        }
        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        int i = 0;
        while (iterator.hasNext()) {
            if (i == 3) {
                list.remove(3);
            }
            System.out.println(iterator.next());
            i++;
        }
    }

打印的结果为以下，会报出ConcurrentModificationException的异常

0
1
2
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:901)
    at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:851)
    at generic.Generic.main(Generic.java:35)

ArrayList中的list.iterator()方法：

/**
     * Returns an iterator over the elements in this list in proper sequence.
     *
     * <p>The returned iterator is <a href="#fail-fast"><i>fail-fast</i></a>.
     *
     * @return an iterator over the elements in this list in proper sequence
     */
    public Iterator<E> iterator() {
        return new Itr();//此处调用下面的内部类Itr
    }

    /**
     * An optimized version of AbstractList.Itr
     */
     //该内部类实现了Iterator接口，所以使得ArrayList可迭代
    private class Itr implements Iterator<E> {
        int cursor;       // index of next element to return
        int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
        int expectedModCount = modCount;

        public boolean hasNext() {
            return cursor != size;
        }

        @SuppressWarnings("unchecked")
        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];
        }

分析Itr类的next()方法可以发现，在最开始的地方调用了checkForComodification()方法，此方法的作用就是来判断是List是否改变，源码如下：

//modCount用于记录集合操作过程中作的修改次数
//expectedCount指的是期望的modCount，初始化的时候这两个值是相等的
final void checkForComodification() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
        }

如果modCount不等于expectedModCount那么就会抛出ConcurrentModificationException异常，那么什么时候modCount会改变？
当执行add方法的时候，会调用ensureCapacityInternal，该方法会将modCount++，同理，在调用remove，clear方法的时候modCount++。

public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;

        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
 /**
 *下面是Itr类中的remove方法
 *每一次remove执行，都会把modCount与expectModCount变为一致
 **/
 public void remove() {
            if (lastRet < 0)
                throw new IllegalStateException();
            checkForComodification();

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

此时需要注意，我们调用的是ArrayList中的add，clear，remove方法，因为ArrayList还有个内部类Itr，其中也有这几个方法，当Itr中方法的时候，modCount与expectModCount一直是一致的，并且不会改变。
所以，因为每一次执行next方法的时候都会先调用方法判断两个Count是否一致，所以当执行list.remove()方法后，modCount+1，而expectModCount并没有改变，所以就会抛出ConcurrentModificationException异常。

如何避免fail-fast呢？

1.使用迭代器提供的remove，add，clear等方法，如上面分析，该remove方法并不会修改modCount的值，并且不会对后面的遍历造成影响。
2.使用java并发包(java.util.concurrent)中的类来代替ArrayList 和hashMap。
比如使用 CopyOnWriterArrayList代替ArrayList，CopyOnWriterArrayList在是使用上跟ArrayList几乎一样，CopyOnWriter是写时复制的容器(COW)，在读写时是线程安全的。该容器在对add和remove等操作时，并不是在原数组上进行修改，而是将原数组拷贝一份，在新数组上进行修改，待完成后，才将指向旧数组的引用指向新数组，所以对于CopyOnWriterArrayList在迭代过程并不会发生fail-fast现象。但 CopyOnWrite容器只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。
对于HashMap，可以使用ConcurrentHashMap，ConcurrentHashMap采用了锁机制，是线程安全的。在迭代方面，ConcurrentHashMap使用了一种不同的迭代方式。在这种迭代方式中，当iterator被创建后集合再发生改变就不再是抛出ConcurrentModificationException，取而代之的是在改变时new新的数据从而不影响原有的数据，iterator完成后再将头指针替换为新的数据，这样iterator线程可以使用原来老的数据，而写线程也可以并发的完成改变。即迭代不会发生fail-fast，但不保证获取的是最新的数据。

回到最初的问题，如果HashMap扩容过程中有元素插入，会发生什么？
（源码看来看去，在扩容方法执行中并没有检验modCount是否等于expectModCount，所以，个人猜测，这个插入的元素有可能会被漏掉，也有可能会正常插入）
如果调用HashMap中的迭代器，那么会触发fail-fast机制（hashMap中有KeySpliterator,ValueSpliterator,EntrySpliterator）

Map<String,String> map= new HashMap<String,String>();  
        map.put("test", "test");  


        Iterator iterator = map.keySet().iterator();  

        while (iterator.hasNext())  
        {  
            map.put("test1", "test1");  
        }