问题
最近在debug的时候，莫名奇妙的会遇到java.util.ConcurrentModificationException问题。
根据我的历史经验，发生这种问题肯定是for循环里调了remove或者add。
但是看了一圈代码，没发现此类操作，有点蒙圈，这是为啥。。。
根因分析
平常遇到的java.util.ConcurrentModificationException大多是下面的第一种，迭代器遍历和集合类的add/remove方法同时调用了。
像增强for循环底层也属于迭代器遍历，所以这种错误是比较常见的。
我这次遇到的就真的是多线程场景下的并发修改错误。
并发修改错误原因分析
java.util.ArrayList.Itr是ArrayList的内部类，expectedModCount是属于Itr的成员变量,。
modCount是java.util.AbstractList的成员变量。
首先看一下Itr类的定义
/**
* An optimized version of AbstractList.Itr
*/
private class Itr implements Iterator<E> {
int cursor; // index of next element to return
int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
int expectedModCount = modCount;
Itr() {}
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
//省略其他代码
}
在生成迭代器Itr的时候，expectedModCount相当于是拿的当前ArrayList的modCount的值。
后续list.add()或者list.remove()只会修改modCount，expectedModCount是不会受list.add()或者list.remove()影响的。
再进行迭代器遍历的时候就会抛出java.util.ConcurrentModificationException。
迭代器和集合类方法同时使用
java的集合类有如下2个字段, 翻译过来就是expectedModCount!=modCount的时候，会抛出并发异常。
期望是修改的数量和期望值相同的，不同的时候肯定是有问题了。
/**
* The modCount value that the iterator believes that the backing
* List should have. If this expectation is violated, the iterator
* has detected concurrent modification.
*/
int expectedModCount = modCount;
像如下这种写法，肯定会抛出java.util.ConcurrentModificationException异常的。
因为for循环底层是使用的迭代器,这种情况就会导致并发修改错误。
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");
list.add("d");
list.add("e");
for (String a : list) {
System.out.println(a);
list.remove(0);
}
}
这段代码编译为class，结果如下, 可以看到for循环变成了iterator迭代遍历。
遍历是使用的iterator，但是remove方法是集合类的自己的方法。
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList();
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");
list.add("d");
list.add("e");
Iterator var2 = list.iterator();
while(var2.hasNext()) {
String a = (String)var2.next();
System.out.println(a);
list.remove(0);
}
}
java.util.ArrayList.Itr#next迭代器的next会先校验modCount != expectedModCount, 2个值不相等就抛出异常
@SuppressWarnings("unchecked")
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];
}
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
正常使用迭代器的话modCount == expectedModCount，这种情况是不会抛异常的。
但是list.remove(0)，会修改modCount，而不修expectedModCount,导致下一次迭代报错
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
总结一下就是:
迭代器遍历不能和集合类自身的add/remove方法一起调用，这样会导致modCount和expectedModCount不相等，从而抛出
java.util.ConcurrentModificationException。add/remove都是集合类自身的方法，都只修改modCount而不修改expectedModCount
并发修改导致的异常
之前遇到的都是上面一种导致的异常，这次真的就遇到多线程场景下的java.util.ConcurrentModificationException了。
看一下下面的代码
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");
list.add("d");
list.add("e");
Thread thread = new Thread(() -> list.forEach(a -> { System.out.println(a); }));
thread.start();
Thread thread1 = new Thread(() -> list.sort((o1, o2) -> o2.length() - o1.length()));
thread1.start();
}
这段代码直接执行是没有问题的，可以正常结束，但是稍微修改一下，加点延迟，就会有问题了
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");
list.add("d");
list.add("e");
Thread thread = new Thread(() -> list.forEach(a -> {
try {
Thread.sleep(50);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println(a);
}));
thread.start();
Thread thread1 = new Thread(() -> list.sort((o1, o2) -> o2.length() - o1.length()));
thread1.start();
}
//运行异常
Exception in thread "Thread-0" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList.forEach(ArrayList.java:1262)
at com.fc.se.list.ListTest.lambda$main$1(ListTest.java:23)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:750)
看异常堆栈是java.util.ArrayList#forEach方法, 会校验modCount != expectedModCount，不符合预期就报错
@Override
public void forEach(Consumer<? super E> action) {
Objects.requireNonNull(action);
final int expectedModCount = modCount;
@SuppressWarnings("unchecked")
final E[] elementData = (E[]) this.elementData;
final int size = this.size;
for (int i=0; modCount == expectedModCount && i < size; i++) {
action.accept(elementData[i]);
}
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
现在这个场景变成了在2个线程里对同一个list进行遍历和sort操作.
看下sort操作
@Override
@SuppressWarnings("unchecked")
public void sort(Comparator<? super E> c) {
final int expectedModCount = modCount;
Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
modCount++;
}
这2个代码放一起比较一下就可以看出端倪了，sort()会修改modeCount, 但是不会修改expectedModCount。
再次进行list.foreach()时，由于modCount != expectedModCount，就会抛出ConcurrentModificationException。
如果不加Thread.sleep(50);，thread会迅速执行完成，相当于2个线程串行执行，所以不会有并发修改问题。
加了Thread.sleep(50);，2个线程会并发执行，就会抛异常了。
解决方式
第一种，避免在迭代器里执行add/remove操作，如果需要在遍历的过程中修改集合，记得使用迭代器进行操作
第二种也可以归类为迭代器和集合的操作，这种首先也需要避免迭代器和遍历一起操作, 另外多线程需要确保线程安全，按实际情况加锁。
Fail-Fast
上面的栗子就是fail-fast的一种场景，不符合预期，直接报错。
什么是fail-fast
首先我们看下维基百科中关于fail-fast的解释：
In systems design, a fail-fast system is one which immediately reports at its interface any condition that is likely to indicate a failure. Fail-fast systems are usually designed to stop normal operation rather than attempt to continue a possibly flawed process. Such designs often check the system's state at several points in an operation, so any failures can be detected early. The responsibility of a fail-fast module is detecting errors, then letting the next-highest level of the system handle them.
大概意思是：在系统设计中，快速失效系统一种可以立即报告任何可能表明故障的情况的系统。
快速失效系统通常设计用于停止正常操作，而不是试图继续可能存在缺陷的过程。
这种设计通常会在操作中的多个点检查系统的状态，因此可以及早检测到任何故障。
快速失败模块的职责是检测错误，然后让系统的下一个最高级别处理错误。
其实，这是一种理念，说白了就是在做系统设计的时候先考虑异常情况，一旦发生异常，直接停止并上报。
Fail-Safe
与之相对的还有fail-safe，这是一种并发安全机制。
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。
这样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。
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 。
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