重学Java基础篇—什么是快速失败(fail-fast)和安全失败(fail-safe)？

快速失败（fail-fast） 和 安全失败（fail-safe） 是两种不同的迭代器设计策略，主要用于处理集合（如 List、Map）在遍历过程中被修改的场景。

它们的核心区别在于对并发修改的容忍度和实现机制。

1. 快速失败（fail-fast）

定义

快速失败是一种 “零容忍” 的机制。当集合在遍历过程中被修改（如添加、删除元素），迭代器会立即抛出 ConcurrentModificationException，强制终止操作。

实现原理

• 集合内部维护一个 modCount（修改计数器）。
• 每次对集合进行结构性修改（如 add、remove），modCount 递增。
• 迭代器初始化时记录当前的 modCount。
• 每次遍历时检查 modCount 是否与初始值一致。若不一致，抛出异常。

特点

• 立即失败：只要检测到修改，直接终止程序。
• 适用于单线程：多线程环境下无法可靠检测并发修改。
• 常见集合：ArrayList、HashMap、HashSet（非线程安全集合）。

示例

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C"));
Iterator<String> it = list.iterator();
list.add("D");  // 修改集合的modCount
it.next();       // 遍历时检查到modCount变化 → 抛出ConcurrentModificationException

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2. 安全失败（fail-safe）

定义

安全失败是一种 “容忍修改” 的机制。即使集合在遍历过程中被修改，迭代器也不会抛出异常，而是基于原始数据或快照继续遍历。

实现原理

• 迭代器操作的是集合的 副本 或 快照，而非原始数据。
• 修改操作对当前迭代器的遍历无影响。
• 牺牲数据一致性以换取安全性。

特点

• 允许并发修改：不会抛出异常，但可能无法看到最新数据。
• 适用于多线程：通过快照或弱一致性设计支持并发操作。
• 常见集合：ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList（线程安全集合）。

示例

List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C"));
Iterator<String> it = list.iterator();
list.add("D");  // 修改集合，但迭代器基于快照遍历
it.forEachRemaining(System.out::print);  // 输出"A B C"，不包含"D"

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3. 核心对比

特性	快速失败（fail-fast）	安全失败（fail-safe）
对修改的响应	立即抛出异常，终止遍历	忽略修改，继续遍历
数据一致性	严格反映最新数据（但可能抛出异常）	可能基于快照，不反映最新修改
适用场景	单线程环境	多线程环境
性能开销	低（仅计数器检查）	高（需维护副本或快照）
典型集合	ArrayList、HashMap	ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList

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4. 应用场景

1. 快速失败：
   • 适合单线程快速检测代码逻辑错误（如意外修改集合）。
   • 示例：开发阶段调试集合的非法修改。
2. 安全失败：
   • 适合高并发场景（如实时数据处理、消息队列）。
   • 示例：多线程环境下遍历 ConcurrentHashMap。

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5. 注意事项

• 快速失败的局限性：
  • 通过 modCount 检测修改，但并非所有修改都能被捕获（如通过迭代器的 remove 方法）。
• 安全失败的一致性代价：
  • 迭代器可能无法反映最新数据（如 CopyOnWriteArrayList 的写时复制机制）。

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总结

• 快速失败：强调 “即时报错”，适用于单线程快速发现问题。
• 安全失败：强调 “稳定运行”，适用于多线程高并发场景。
• 选择策略：根据线程安全和数据一致性需求选择合适的集合实现。