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Java中的fail-fast机制使用详解

 更新时间：2025年01月08日 14:53:10   作者：夜夜流光相皎洁_小宁  
fail-fast机制是Java集合中用于检测并发修改的一种机制,当一个线程遍历集合时,如果集合被其他线程修改,就会抛出ConcurrentModificationException异常,解决fail-fast机制的方法包括使用普通for循环、Iterator

Java的fail-fast机制使用

fail-fast 机制是Java集合（Collection）中的一种错误机制。当多个线程对同一个集合的内容进行操作时，就可能会产生fail-fast事件。

例如：

  • 当某一个线程 A 通过 iterator 去遍历某集合的过程中，若该集合的内容被其他线程所改变了，那么线程 A 访问集合时，就会抛出 ConcurrentModificationException 异常，产生 fail-fast 事件。
  • 这里的操作主要是指 add、remove 和 clear，对集合元素个数进行修改。

举例代码

单线程，在foreach循环里对某些集合元素进行元素的remove/add操作的时候，会触发fail-fast机制

public static void main(String[] args){
  List<String> strList = new ArrayList<>();
  strList.add("AA");
  strList.add("aa");
  strList.add("BB");
  strList.add("CC");
  for(String str : strList){
     if("aa".equals(str)){
       strList.remove(str);
     }
  }
}

多线程，在一个线程读时，另一个线程写入list，读线程会fail-fast

// 测试
public class TreadDemo1 {
   public static void main(String[] args){
        List<String> strList = new ArrayList<>();
        strList.add("AA");
        strList.add("aa");
        strList.add("BB");
        strList.add("CC");
        strList.add("DD");
        new MyThread1(strList).start();
        new MyThread2(strList).start();
   }
   static class Mythread1 extends Thread {
       private List<String> list;
       public Mythread1(List<String> list){
             this.list = list;
       }
       @Override
       public void run(){
             for(String str : list){
                 try{
                     Thread.sleep(100);
                 }catch(InterruptedException e){
                     e.printStackTrace();
                 }
                 System.out.println("MtThread1:"+str);
             }
       }
  }
  static class MyThread2 extends Thread {
       private list<String> list;
       public Mythread2(List<String> list){
             this.list = list;
       }
       @Override
       public void run(){
             for(int i = 0; i < list.size(); i++){
                 try{
                     Thread.sleep(100);
                 }catch(InterruptedException e){
                     e.printStackTrace();
                 }
                 if("aa".equals(list.get(i))){
                     list.remove(i);
                 }
             }
             System.out.println("MtThread2:"+list);
       }
  }
}

原理

将单线程编译后的.class反编译后发现，foreach其实是依赖while循环和Iterator实现的。

通过跟踪代码的异常堆栈，发现真正抛出异常的代码是：java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification();该方法实在iterator.next()方法中调用的：

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

在该方法中modCount 和 expectedModCount进行了比较，如果二者不相等，则抛出ConcurrentModificationException 异常。

  • modCount是ArrayList中的一个成员变量。表示该集合实际被修改的次数。（操作集合类的remove()、add()、clear()方法会改变这个变量值）
  • expectedModCount是ArrayList 中的一个内部类---Itr(Iterator接口)中的成员变量。表示这个迭代器预期该集合被修改的次数。其值随着Itr被创建而初始化。只有通过迭代器对集合进行操作，该值才会改变。

所以，在使用Java的集合类的时候，如果发生ConcurrentModificationException 异常，优先考虑fail-fast有关的情况。

解决方式

1）使用普通for循环进行操作

普通for循环没有使用到Iterator的遍历，所以不会进行fail-fast的检验。

public static void main(String[] args){
        List<String> strList = new ArrayList<>();
        strList.add("AA");
        strList.add("aa");
        strList.add("BB");
        strList.add("CC");
        strList.add("DD");
        for(int i = 0; i < strList.size(); i++){
                 if("aa".equals(strList.get(i))){
                     strList.remove(i);
                 }
        }
   }

2）直接使用Iterator 进行操作

public static void main(String[] args){
        List<String> strList = new ArrayList<>();
        strList.add("AA");
        strList.add("aa");
        strList.add("BB");
        strList.add("CC");
        strList.add("DD");
        Iterator<String> iterator = strList.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
             if("aa".equals(iterator.next())){
                iterator.remove();
             }
        }
   }

3）使用Java 8中提供的filter 过滤

Java 8 中可以把集合转换成流，对于流有一种filter操作，可以对原始Stream 进行某项过滤，通过过滤的元素被留下了生成一个新的Stream。

public static void main(String[] args){
        List<String> strList = new ArrayList<>();
        strList.add("AA");
        strList.add("aa");
        strList.add("BB");
        strList.add("CC");
        strList.add("DD");
        strList = strList.stream().filter(e -> !"aa".equals(e)).collect(Collectors.toList());
        System.out.println(strList);
   }

4）使用fail-safe的集合类

为了避免触发fail-fast机制导致异常，我们可以使用Java中提供的一些采用了fail-safe机制的集合类。

java.util.concurrent包下的容器都是fail-safe的，可以在多线程下并发使用，并发修改。同时也可以在foreach中进行add/remove等操作。

5）也可以使用foreach循环

如果我们非常确定一个集合中，某个即将删除的元素只包含一个的话，也是可以使用foreach循环的，只要删除之后，立即结束循环体，不在继续执行遍历就可以。

public static void main(String[] args){
  List<String> strList = new ArrayList<>();
  strList.add("AA");
  strList.add("aa");
  strList.add("BB");
  strList.add("CC");
  for(String str : strList){
     if("aa".equals(str)){
       strList.remove(str);
       break;
     }
  }
  System.out.println(strList);
}

总结

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。

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