【Java源码分析】ConcurrentModificationException并发修改异常分析与解决方案（快速失败与安全失败）

【Java源码分析】ConcurrentModificationException并发修改异常分析与解决方案（快速失败与安全失败）

问题描述

当执行如下程序时，会抛出异常 java.util.ConcurrentModificationException

public static void main(String ... args){
    Collection coll = new ArrayList<>();
    coll.add("llll");
    coll.add("oooo");
    coll.add("hhhh");
    coll.add("cccc");

    Iterator iter = coll.iterator();
    while(iter.hasNext()){
        String val = iter.next();
        if ("hhhh".equals(val))
            System.out.println(val);
        coll.remove(val);   // java.util.ConcurrentModificationException
    }
}

异常信息如下：

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 javaenhance.part04_thread.java5thread.CollectionConcurrentModifyExceptionTest.main(CollectionConcurrentModifyExceptionTest.java:28)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)
    at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:144)

源码分析

查看 ArrayList$Itr.next()方法，源代码如下：

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];
}

它会首先执行 checkForComodification() 方法，其源码如下：

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

这里，if的判断条件成立时，就会抛出异常 ConcurrentModificationException。
这个条件什么时候成立呢？
我们来分析一下其中的两个变量 modCount 和 expectedModCount。

modCount是AbstractList中的成员变量，定义如下：

protected transient int modCount = 0;
简单地说，modCount表示一个集合中元素个数变化的次数，或者说是集合对象的版本号。

expectedModCount 是Array$Itr中的成员变量，定义如下：

int expectedModCount = modCount;

当集合调用iterator()方法时，会创建一个Iterator对象，此时，会初始化 expectedModCount 为 modCount;

expectedModCount的值不会发生变化，而当对集合对象执行remove和add等操作时，modCount的值会发生变化，所以将会产生两者不相等的情况，也就是抛出异常的条件成立的情况，所以会抛出异常 ConcurrentModificationException。

解决方案

解决方案就是，使用线程安全的集合类，Java5提供的并发库中的集合， CopyOnWriteArrayList。
代码如下

@Test
public void concurrentCollectionTest(){
    Collection coll = new CopyOnWriteArrayList<>();
    coll.add("llll");
    coll.add("oooo");
    coll.add("hhhh");
    coll.add("cccc");

    Iterator iter = coll.iterator();
    while(iter.hasNext()){
        String val = iter.next();
        if ("hhhh".equals(val))
            coll.remove(val);   // java.util.ConcurrentModificationException
        System.out.println(val);
    }
}

快速失败与安全失败的区别

快速失败（fail—fast）

在用迭代器遍历一个集合对象时，如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改（增加、删除、修改），则会抛出Concurrent Modification Exception。

原理：
迭代器在遍历时直接访问集合中的内容，并且在遍历过程中使用一个modCount 变量。集合在被遍历期间如果内容发生变化，就会改变modCount的值。每当迭代器使用hashNext()/next()遍历下一个元素之前，都会检测modCount变量是否为expectedmodCount值，是的话就返回遍历；否则抛出异常，终止遍历。

注意：
这里异常的抛出条件是检测到 modCount！=expectedmodCount 这个条件。如果集合发生变化时修改modCount值刚好又设置为了expectedmodCount值，则异常不会抛出。因此，不能依赖于这个异常是否抛出而进行并发操作的编程，这个异常只建议用于检测并发修改的bug。

场景：
java.util包下的集合类都是快速失败的，不能在多线程下发生并发修改（迭代过程中被修改）。

安全失败（fail—safe）

采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。

原理：
由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历，所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到，所以不会触发Concurrent Modification Exception。

缺点：
基于拷贝内容的优点是避免了Concurrent Modification Exception，但同样地，迭代器并不能访问到修改后的内容，即：迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝，在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的。

场景：
java.util.concurrent包下的容器都是安全失败，可以在多线程下并发使用，并发修改。

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参考 :
ArrayList和AbstractList的源码
快速失败(fail-fast)和安全失败(fail-safe)的区别是什么