1.快速失敗和安全失敗的區別
Iterator的安全失敗是基於對底層集合做拷貝，因此，它不受源集合上修改的影響。java.util包下面的所有的集合類都是快速失敗的，而java.util.concurrent包下面的所有的類都是安全失敗的。快速失敗的迭代器會拋出ConcurrentModificationException異常，而安全失敗的迭代器永遠不會拋出這樣的異常。
2.快速失敗的例子
package bite18.快速失敗和安全失敗;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
/**
* ⊙﹏⊙&&&&&&⊙▽⊙
*
* @Auther: pangchenbo
* @Date: 2020/4/12 23:29
* @Description:
*/
public class Test {
private static List<Integer> list = new ArrayList<>();
private static class threadOne extends Thread{
public void run() {
Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
int i = iterator.next();
System.out.println("ThreadOne 遍歷:" + i);
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
private static class threadTwo extends Thread{
public void run(){
int i = 0 ;
while(i < 6){
System.out.println("ThreadTwo run：" + i);
if(i == 3){//進行修改
list.remove(i);
}
i++;
}
}
}
public static void main(String[] args) {
for(int i = 0 ; i < 10;i++){
list.add(i);
}
new threadOne().start();
new threadTwo().start();
}
}
結果：
3.快速失敗原因分析
通過上面的例子可以看出，線程2在線程1在遍歷的過程中對collection接口在結構上進行修改，這個時候迭代器就會拋出一個ConcurrentModificationException，這就產生了fail-fast。
要了解fail-fast機制，我們首先要對ConcurrentModificationException 異常有所瞭解。當方法檢測到對象的併發修改，但不允許這種修改時就拋出該異常。同時需要注意的是，該異常不會始終指出對象已經由不同線程併發修改，如果單線程違反了規則，同樣也有可能會拋出改異常。
誠然，迭代器的快速失敗行爲無法得到保證，它不能保證一定會出現該錯誤，但是快速失敗操作會盡最大努力拋出ConcurrentModificationException異常，所以因此，爲提高此類操作的正確性而編寫一個依賴於此異常的程序是錯誤的做法，正確做法是：ConcurrentModificationException 應該僅用於檢測 bug。下面我將以ArrayList爲例進一步分析fail-fast產生的原因。
我們先看看Iterator的源碼。ArrayList的Iterator是在父類AbstractList.java中實現的
package java.util;
public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {
...
// AbstractList中唯一的屬性
// 用來記錄List修改的次數：每修改一次(添加/刪除等操作)，將modCount+1
protected transient int modCount = 0;
// 返回List對應迭代器。實際上，是返回Itr對象。
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
// Itr是Iterator(迭代器)的實現類
private class Itr implements Iterator<E> {
int cursor = 0;
int lastRet = -1;
// 修改數的記錄值。
// 每次新建Itr()對象時，都會保存新建該對象時對應的modCount；
// 以後每次遍歷List中的元素的時候，都會比較expectedModCount和modCount是否相等；
// 若不相等，則拋出ConcurrentModificationException異常，產生fail-fast事件。
int expectedModCount = modCount;
public boolean hasNext() {
return cursor != size();
}
public E next() {
// 獲取下一個元素之前，都會判斷“新建Itr對象時保存的modCount”和“當前的modCount”是否相等；
// 若不相等，則拋出ConcurrentModificationException異常，產生fail-fast事件。
checkForComodification();
try {
E next = get(cursor);
lastRet = cursor++;
return next;
} catch (IndexOutOfBoundsException e) {
checkForComodification();
throw new NoSuchElementException();
}
}
public void remove() {
if (lastRet == -1)
throw new IllegalStateException();
checkForComodification();
try {
AbstractList.this.remove(lastRet);
if (lastRet < cursor)
cursor--;
lastRet = -1;
expectedModCount = modCount;
} catch (IndexOutOfBoundsException e) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
//這裏是最主要的判斷
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
...
}
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。
package java.util;
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
...
// list中容量變化時，對應的同步函數
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
int oldCapacity = elementData.length;
if (minCapacity > oldCapacity) {
Object oldData[] = elementData;
int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
if (newCapacity < minCapacity)
newCapacity = minCapacity;
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
}
// 添加元素到隊列最後
public boolean add(E e) {
// 修改modCount
ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
// 添加元素到指定的位置
public void add(int index, E element) {
if (index > size || index < 0)
throw new IndexOutOfBoundsException(
"Index: "+index+", Size: "+size);
// 修改modCount
ensureCapacity(size+1); // Increments modCount!!
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
// 添加集合
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
// 修改modCount
ensureCapacity(size + numNew); // Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
// 刪除指定位置的元素
public E remove(int index) {
RangeCheck(index);
// 修改modCount
modCount++;
E oldValue = (E) elementData[index];
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
elementData[--size] = null; // Let gc do its work
return oldValue;
}
// 快速刪除指定位置的元素
private void fastRemove(int index) {
// 修改modCount
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // Let gc do its work
}
// 清空集合
public void clear() {
// 修改modCount
modCount++;
// Let gc do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
...
}
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。
4.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：
package java.util.concurrent;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.locks.*;
import sun.misc.Unsafe;
public class CopyOnWriteArrayList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
...
// 返回集合對應的迭代器
public Iterator<E> iterator() {
return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
}
...
private static class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {
private final Object[] snapshot;
private int cursor;
private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
cursor = initialCursor;
// 新建COWIterator時，將集合中的元素保存到一個新的拷貝數組中。
// 這樣，當原始集合的數據改變，拷貝數據中的值也不會變化。
snapshot = elements;
}
public boolean hasNext() {
return cursor < snapshot.length;
}
public boolean hasPrevious() {
return cursor > 0;
}
public E next() {
if (! hasNext())
throw new NoSuchElementException();
return (E) snapshot[cursor++];
}
public E previous() {
if (! hasPrevious())
throw new NoSuchElementException();
return (E) snapshot[--cursor];
}
public int nextIndex() {
return cursor;
}
public int previousIndex() {
return cursor-1;
}
public void remove() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public void set(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public void add(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
}
...
}
可以看出，) ArrayList的iterator()函數返回的Iterator是在AbstractList中實現的；而CopyOnWriteArrayList是自己實現Iterator，在它自己的Iterator中實現了對數組的複製，這樣就算原數據做出怎樣的改變，都不會影響結果。更不會拋出異常了。