Java集合快速失败与安全失败
前言
我们在开发过程中有没有在遍历集合的时候遇到过ConcurrentModificationException这样的异常,那么什么样的原因导致这种异常呢?本篇博客将带领大家去了解一下Java集合fail-fast快速失败机制与fail-safe安全失败机制。
正文
fail-fast与fail-safe
- fail-fast快速失败机制: 是Java集合中的一种机制,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ConcurrentModificationException。
- fail-safe安全失败机制:java.util.concurrent包下的容器都是安全失败,在遍历时不是直接在集合内容上访问的,而是先copy原有集合内容,在拷贝的集合上进行遍历,因此采用安全失败的容器可以在多线程下并发使用,并发修改。
fail-fast快速失败机制
public class test { public static void main(String[] args) { testForHashMap(); } private static void testForHashMap() { HashMaphashMap =new LinkedHashMap<>(); hashMap.put("1","a"); hashMap.put("2","b"); hashMap.put("3","c"); Iterator > iterator=hashMap.entrySet().iterator(); while (iterator.hasNext()) { hashMap.put("bloom","bloom"); System.out.println(iterator.next()); } } }
快速失败机制下修改集合元素触发快速失败,输出结果:
遍历集合时,新增或者删除元素,将抛ConcurrentModificationException异常
fail-safe安全失败机制
public class test { public static void main(String[] args) { testForHashTable(); } private static void testForHashTable() { Hashtablehashtable =new Hashtable(); hashtable.put("4","d"); hashtable.put("5","e"); hashtable.put("6","f"); Enumeration iterator1=hashtable.elements(); while (iterator1.hasMoreElements()) { hashtable.put("bloom","bloom"); System.out.println(iterator1.nextElement()); } } }
安全失败机制下修改集合元素,输出结果
我们可以在遍历集合的同时,新增、删除元素
小结一下
fail-fast,它是Java集合的一种错误检测机制。
在用迭代器遍历一个集合对象时,如果遍历过程中不应该对集合对象的内容进行了修改(增加、删除、修改),可以新建一个新的集合进行操作。
快速失败&安全失败(最全的总结)
public static void main(String[] args) { Hashtabletable = new Hashtable (); table.put("a", "aa"); table.put("b", "bb"); table.put("c", "cc"); table.remove("c"); Iterator > iterator = table.entrySet().iterator(); while (iterator.hasNext()) { System.out.println(iterator.next().getValue()); //采用iterator直接进行修改 程序正常 iterator.remove(); //直接从hashtable增删数据就会报错 table.put("d", "dd"); //直接从hashtable增删数据就会报错,hashtable,hashmap等非并发集合,如果在迭代过程中增减了数据,就是快速失败 table.remove("c"); } System.out.println("-----------"); Lock lock = new ReentrantLock(); //即使加上lock,还是会跑出ConcurrentModificationException异常 lock.lock(); HashMap hashmap = new HashMap (); hashmap.put("a", "aa"); hashmap.put("b", "bb"); hashmap.put("c", "cc"); Iterator > iterators = hashmap.entrySet().iterator(); while (iterators.hasNext()) { System.out.println(iterators.next().getValue()); // 正常 iterators.remove(); //直接从hashtable增删数据就会报错。 //hashtable,hashmap等非并发集合,如果在迭代过程中增减了数据,会快速失败 (一检测到修改,马上抛异常) //java.util.ConcurrentModificationException hashmap.remove("c"); } System.out.println("-----------"); lock.unlock(); ConcurrentHashMap map = new ConcurrentHashMap (); map.put("a", "aa"); map.put("b", "bb"); map.put("c", "cc"); Iterator > mapiterator = map.entrySet().iterator(); while (mapiterator.hasNext()) { System.out.println(mapiterator.next().getValue()); map.remove("c");// 正常 并发集合不存在快速失败问题 map.put("c", "cc");// 正常 并发集合不存在快速失败问题 } System.out.println("-----------"); }
运行该段代码发现,在Hashtable和HashMap的循环迭代过程中在容器对象上做“修改”操作的话,是跑出java.util.ConcurrentModificationException异常,在Iterator上做操作不会异常。但是ConcurrentHashMap在容器对象和Iterator对象上都不会抛异常,这是为什么呢?
(1)首先来介绍两个概念,快速失败和安全失败。
Iterator的安全失败是基于对底层集合做拷贝,因此,它不受源集合上修改的影响。java.util包下面的所有的集合类都是快速失败的,而java.util.concurrent包下面的所有的类都是安全失败的。
快速失败的迭代器会抛出ConcurrentModificationException异常,而安全失败的迭代器永远不会抛出这样的异常。
(2)我们查看Hashtable、HashMap、ConcurrentHashMap的在Java API底层的entrySet对象发现,三者都做了对当前对象的拷贝,三者的处理方式是一样的,那区别在哪里呢?看看获取下一个entrySet在逻辑上的区别
这是Hashtable、HashMap的
final NodenextNode() { Node [] t; Node 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; }
这是ConcurrentHashMap的
public final Map.Entrynext() { Node p; if ((p = next) == null) throw new NoSuchElementException(); K k = p.key; V v = p.val; lastReturned = p; advance(); return new MapEntry (k, v, map); } /** * Advances if possible, returning next valid node, or null if none. */ final Node advance() { Node e; if ((e = next) != null) e = e.next; for (;;) { Node [] 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 )e).nextTable; e = null; pushState(t, i, n); continue; } else if (e instanceof TreeBin) e = ((TreeBin )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。它们大同小异,这里选择entrySet解释。当我们调用entrySet返回值的iterator方法时,返回的是EntryIterator,在EntryIterator上调用next方法时,最终实际调用到了HashIterator.advance()方法。这个方法在遍历底层数组。
在遍历过程中,如果已经遍历的数组上的内容变化了,迭代器不会抛出ConcurrentModificationException异常。如果未遍历的数组上的内容发生了变化,则有可能反映到迭代过程中。
这就是ConcurrentHashMap迭代器弱一致的表现。ConcurrentHashMap的弱一致性主要是为了提升效率,是一致性与效率之间的一种权衡。要成为强一致性,就得到处使用锁,甚至是全局锁,这就与Hashtable和同步的HashMap一样了。
最后我们看看JDK中对于快速失败的描述:
注意,此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个哈希映射,而其中至少一个线程从结构上修改了该映射,则它必须 保持外部同步。(结构上的修改是指添加或删除一个或多个映射关系的任何操作;仅改变与实例已经包含的键关联的值不是结构上的修改。)这一般通过对自然封装该映射的对象进行同步操作来完成。
如果不存在这样的对象,则应该使用 Collections.synchronizedMap 方法来“包装”该映射。最好在创建时完成这一操作,以防止对映射进行意外的非同步访问,如下所示: Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));由所有此类的“collection 视图方法”所返回的迭代器都是快速失败 的:在迭代器创建之后,如果从结构上对映射进行修改,除非通过迭代器本身的 remove 方法,其他任何时间任何方式的修改,迭代器都将抛出 ConcurrentModificationException。因此,面对并发的修改,迭代器很快就会完全失败,而不冒在将来不确定的时间发生任意不确定行为的风险。
注意,迭代器的快速失败行为不能得到保证,一般来说,存在非同步的并发修改时,不可能作出任何坚决的保证。快速失败迭代器尽最大努力抛出 ConcurrentModificationException。因此,编写依赖于此异常的程序的做法是错误的,正确做法是:迭代器的快速失败行为应该仅用于检测程序错误。
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。