Java ConcurrentModificationException 异常分析与解决方案

一、单线程

1. 异常情况举例

只要抛出出现异常，可以肯定的是代码一定有错误的地方。先来看看都有哪些情况会出现ConcurrentModificationException异常，下面以ArrayList remove 操作进行举例：

使用的数据集合：

List myList = new ArrayList();
myList.add( "1");
myList.add( "2");
myList.add( "3");
myList.add( "4");
myList.add( "5");

image.gif

以下三种情况都会出现异常：

Iterator it = myList.iterator();
 while (it.hasNext()) {
     String value = it.next();
      if (value.equals( "3")) {
          myList.remove(value);  // error
     }
}

 for (Iterator it = myList.iterator(); it.hasNext();) {
     String value = it.next();
      if (value.equals( "3")) {
          myList.remove(value);  // error
     }
}

 for (String value : myList) {
     System. out.println( "List Value:" + value);
      if (vJava ConcurrentModificationException 异常分析与解决方案ls( "3")) {
          myList.remove(value);  // error
     }
}

image.gif

异常信息如下：

Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.AbstractList$Itr.checkForComodification(Unknown Source)
at java.util.AbstractList$Itr.next(Unknown Source)

image.gif

2. 根本原因

以上都有3种出现异常的情况有一个共同的特点，都是使用Iterator进行遍历，且都是通过ArrayList.remove(Object) 进行删除操作。
想要找出根本原因，直接查看ArrayList源码看为什么出现异常：

public class ArrayList extends AbstractList
        implements Cloneable, Serializable, RandomAccess {

         @Override public boolean remove(Object object) {
        Object[] a = array;
        int s = size;
        if (object != null) {
            for (int i = 0; i < s; i++) {
                if (object.equals(a[i])) {
                    System.arraycopy(a, i + 1, a, i, --s - i);
                    a[s] = null;  // Prevent memory leak
                    size = s;
                    modCount++;  // 只要删除成功都是累加
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (int i = 0; i < s; i++) {
                if (a[i] == null) {
                    System.arraycopy(a, i + 1, a, i, --s - i);
                    a[s] = null;  // Prevent memory leak
                    size = s;
                    modCount++;  // 只要删除成功都是累加
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }  

    @Override public Iterator iterator() {
        return new ArrayListIterator();
    }  

    private class ArrayListIterator implements Iterator {
          ......

          // 全局修改总数保存到当前类中
        /** The expected modCount value */
        private int expectedModCount = modCount;

        @SuppressWarnings("unchecked") public E next() {
            ArrayList ourList = ArrayList.this;
            int rem = remaining;
               // 如果创建时的值不相同，抛出异常
            if (ourList.modCount != expectedModCount) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
            if (rem == 0) {
                throw new NoSuchElementException();
            }
            remaining = rem - 1;
            return (E) ourList.array[removalIndex = ourList.size - rem];
        }  

          ......
     }
}

image.gif

List、Set、Map 都可以通过Iterator进行遍历，这里仅仅是通过List举例，在使用其他集合遍历时进行增删操作都需要留意是否会触发ConcurrentModificationException异常。

3. 解决方案

上面列举了会出现问题的几种情况，也分析了问题出现的根本原因，现在来总结一下怎样才是正确的，如果避免遍历时进行增删操作不会出现ConcurrentModificationException异常。

// 1 使用Iterator提供的remove方法，用于删除当前元素
 for (Iterator it = myList.iterator(); it.hasNext();) {
     String value = it.next();
      if (value.equals( "3")) {
          it.remove();  // ok
     }
}
System. out.println( "List Value:" + myList.toString());

 // 2 建一个集合，记录需要删除的元素，之后统一删除            
List templist = new ArrayList();
 for (String value : myList) {
      if (value.equals( "3")) {
          templist.remove(value);
     }
}
 // 可以查看removeAll源码，其中使用Iterator进行遍历
myList.removeAll(templist);
System. out.println( "List Value:" + myList.toString());       

  // 3\. 使用线程安全CopyOnWriteArrayList进行删除操作
List myList = new CopyOnWriteArrayList();
myList.add( "1");
myList.add( "2");
myList.add( "3");
myList.add( "4");
myList.add( "5");

Iterator it = myList.iterator();

 while (it.hasNext()) {
     String value = it.next();
      if (value.equals( "3")) {
          myList.remove( "4");
          myList.add( "6");
          myList.add( "7");
     }
}
System. out.println( "List Value:" + myList.toString());

 // 4\. 不使用Iterator进行遍历，需要注意的是自己保证索引正常
 for ( int i = 0; i < myList.size(); i++) {
     String value = myList.get(i);
     System. out.println( "List Value:" + value);
      if (value.equals( "3")) {
          myList.remove(value);  // ok
          i--; // 因为位置发生改变，所以必须修改i的位置
     }
}
System. out.println( "List Value:" + myList.toString());

image.gif

输出结果都是：List Value:[1, 2, 4, 5] ， 不会出现异常。
以上4种解决办法在单线程中测试完全没有问题，但是如果在多线程中呢？

二、多线程

1. 同步异常情况举例

上面针对ConcurrentModificationException异常在单线程情况下提出了4种解决方案，本来是可以很哈皮的洗洗睡了，但是如果涉及到多线程环境可能就不那么乐观了。
下面的例子中开启两个子线程，一个进行遍历，另外一个有条件删除元素：

final List myList = createTestData();

new Thread(new Runnable() {

     @Override
     public void run() {
          for (String string : myList) {
               System.out.println("遍历集合 value = " + string);

               try {
                    Thread.sleep(100);
               } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
               }
          }
     }
}).start();

new Thread(new Runnable() {

     @Override
     public void run() {

       for (Iterator it = myList.iterator(); it.hasNext();) {
           String value = it.next();

           System.out.println("删除元素 value = " + value);

           if (value.equals( "3")) {
                it.remove();
           }

           try {
                    Thread.sleep(100);
               } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
               }
      }
     }
}).start();

image.gif

输出结果：
遍历集合 value = 1
删除元素 value = 1
遍历集合 value = 2
删除元素 value = 2
遍历集合 value = 3
删除元素 value = 3
Exception in thread "Thread-0" 删除元素 value = 4
java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.AbstractListItr.next(Unknown Source)
at list.ConcurrentModificationExceptionStudy$1.run(ConcurrentModificationExceptionStudy.java:42)
at java.lang.Thread.run(Unknown Source)
删除元素 value = 5

结论：
上面的例子在多线程情况下，仅使用单线程遍历中进行删除的第1种解决方案使用it.remove()，但是测试得知4种的解决办法中的1、2、3依然会出现问题。
接着来再看一下JavaDoc对java.util.ConcurrentModificationException异常的描述：
当方法检测到对象的并发修改，但不允许这种修改时，抛出此异常。
说明以上办法在同一个线程执行的时候是没问题的，但是在异步情况下依然可能出现异常。

2. 尝试方案

(1) 在所有遍历增删地方都加上synchronized或者使用Collections.synchronizedList，虽然能解决问题但是并不推荐，因为增删造成的同步锁可能会阻塞遍历操作。
(2) 推荐使用ConcurrentHashMap或者CopyOnWriteArrayList。

3. CopyOnWriteArrayList注意事项

(1) CopyOnWriteArrayList不能使用Iterator.remove()进行删除。
(2) CopyOnWriteArrayList使用Iterator且使用List.remove(Object);会出现如下异常：
java.lang.UnsupportedOperationException: Unsupported operation remove
at java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList$ListIteratorImpl.remove(CopyOnWriteArrayList.java:804)

4. 解决方案

单线程情况下列出4种解决方案，但是发现在多线程情况下仅有第4种方案才能在多线程情况下不出现问题。

List myList = new CopyOnWriteArrayList();
 myList.add( "1");
 myList.add( "2");
 myList.add( "3");
 myList.add( "4");
 myList.add( "5");

new Thread(new Runnable() {

     @Override
     public void run() {
          for (String string : myList) {
               System.out.println("遍历集合 value = " + string);

               try {
                    Thread.sleep(100);
               } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
               }
          }
     }
}).start();

new Thread(new Runnable() {

     @Override
     public void run() {

          for (int i = 0; i < myList.size(); i++) {
               String value = myList.get(i);

               System.out.println("删除元素 value = " + value);

           if (value.equals( "3")) {
                myList.remove(value);
                i--; // 注意                          
           }

           try {
                    Thread.sleep(100);
               } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
               }
          }
     }
}).start();

image.gif

输出结果：
删除元素 value = 1
遍历集合 value = 1
删除元素 value = 2
遍历集合 value = 2
删除元素 value = 3
遍历集合 value = 3
删除元素 value = 4
遍历集合 value = 4
删除元素 value = 5
遍历集合 value = 5

OK，搞定