fail-fast機制

前面,我們已經學習了ArrayList。接下來,的fail-fast機制進行了解。內容包括::
1 fail-fast簡介
2 fail-fast示例
3 fail-fast解決辦法
4 fail-fast原理
5 解決fail-fast的原理

轉載請註明出處:http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3308762.html

1 fail-fast簡介
fail-fast 機制是java集合(Collection)中的一種錯誤機制。當多個線程對同一個集合的內容進行操作時,就可能會產生fail-fast事件。
例如:當某一個線程A通過iterator去遍歷某集合的過程中,若該集合的內容被其他線程所改變了;那麼線程A訪問集合時,就會拋出ConcurrentModificationException異常,產生fail-fast事件。

在詳細介紹fail-fast機制的原理之前,先通過一個示例來認識fail-fast。

2 fail-fast示例
示例代碼:(FastFailTest.java)

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運行結果:
運行該代碼,拋出異常java.util.ConcurrentModificationException!即,產生fail-fast事件!

結果說明:
(01) FastFailTest中通過 new ThreadOne().start() 和 new ThreadTwo().start() 同時啓動兩個線程去操作list。
ThreadOne線程:向list中依次添加0,1,2,3,4,5。每添加一個數之後,就通過printAll()遍歷整個list。
ThreadTwo線程:向list中依次添加10,11,12,13,14,15。每添加一個數之後,就通過printAll()遍歷整個list。
(02) 當某一個線程遍歷list的過程中,list的內容被另外一個線程所改變了;就會拋出ConcurrentModificationException異常,產生fail-fast事件。

3 fail-fast解決辦法
fail-fast機制,是一種錯誤檢測機制。它只能被用來檢測錯誤,因爲JDK並不保證fail-fast機制一定會發生。若在多線程環境下使用fail-fast機制的集合,建議使用“java.util.concurrent包下的類”去取代“java.util包下的類”。
所以,本例中只需要將ArrayList替換成java.util.concurrent包下對應的類即可。
即,將代碼

private static List list = new ArrayList();
替換爲

private static List list = new CopyOnWriteArrayList();
則可以解決該辦法。

4 fail-fast原理
產生fail-fast事件,是通過拋出ConcurrentModificationException異常來觸發的。
那麼,ArrayList是如何拋出ConcurrentModificationException異常的呢?

我們知道,ConcurrentModificationException是在操作Iterator時拋出的異常。我們先看看Iterator的源碼。ArrayList的Iterator是在父類AbstractList.java中實現的。代碼如下:

View Code
從中,我們可以發現在調用 next() 和 remove()時,都會執行 checkForComodification()。若 “modCount 不等於 expectedModCount”,則拋出ConcurrentModificationException異常,產生fail-fast事件。

要搞明白 fail-fast機制,我們就要需要理解什麼時候“modCount 不等於 expectedModCount”!
從Itr類中,我們知道 expectedModCount 在創建Itr對象時,被賦值爲 modCount。通過Itr,我們知道:expectedModCount不可能被修改爲不等於 modCount。所以,需要考證的就是modCount何時會被修改。

接下來,我們查看ArrayList的源碼,來看看modCount是如何被修改的。

View Code
從中,我們發現:無論是add()、remove(),還是clear(),只要涉及到修改集合中的元素個數時,都會改變modCount的值。

接下來,我們再系統的梳理一下fail-fast是怎麼產生的。步驟如下:
(01) 新建了一個ArrayList,名稱爲arrayList。
(02) 向arrayList中添加內容。
(03) 新建一個“線程a”,並在“線程a”中通過Iterator反覆的讀取arrayList的值。
(04) 新建一個“線程b”,在“線程b”中刪除arrayList中的一個“節點A”。
(05) 這時,就會產生有趣的事件了。
在某一時刻,“線程a”創建了arrayList的Iterator。此時“節點A”仍然存在於arrayList中,創建arrayList時,expectedModCount = modCount(假設它們此時的值爲N)。
在“線程a”在遍歷arrayList過程中的某一時刻,“線程b”執行了,並且“線程b”刪除了arrayList中的“節點A”。“線程b”執行remove()進行刪除操作時,在remove()中執行了“modCount++”,此時modCount變成了N+1!
“線程a”接着遍歷,當它執行到next()函數時,調用checkForComodification()比較“expectedModCount”和“modCount”的大小;而“expectedModCount=N”,“modCount=N+1”,這樣,便拋出ConcurrentModificationException異常,產生fail-fast事件。

至此,我們就完全瞭解了fail-fast是如何產生的!
即,當多個線程對同一個集合進行操作的時候,某線程訪問集合的過程中,該集合的內容被其他線程所改變(即其它線程通過add、remove、clear等方法,改變了modCount的值);這時,就會拋出ConcurrentModificationException異常,產生fail-fast事件。

5 解決fail-fast的原理
上面,說明了“解決fail-fast機制的辦法”,也知道了“fail-fast產生的根本原因”。接下來,我們再進一步談談java.util.concurrent包中是如何解決fail-fast事件的。
還是以和ArrayList對應的CopyOnWriteArrayList進行說明。我們先看看CopyOnWriteArrayList的源碼:

View Code
從中,我們可以看出:

(01) 和ArrayList繼承於AbstractList不同,CopyOnWriteArrayList沒有繼承於AbstractList,它僅僅只是實現了List接口。
(02) ArrayList的iterator()函數返回的Iterator是在AbstractList中實現的;而CopyOnWriteArrayList是自己實現Iterator。
(03) ArrayList的Iterator實現類中調用next()時,會“調用checkForComodification()比較‘expectedModCount’和‘modCount’的大小”;但是,CopyOnWriteArrayList的Iterator實現類中,沒有所謂的checkForComodification(),更不會拋出ConcurrentModificationException異常!

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