Java中Iterator的fast-fail分析
1、fail-fast简介
fail-fast机制是java集合(Collection)中的一个错误机制。当多个线程对同一个集合的内容进行操作时,就可能会产生fail-fast事件。
例如:当某一个线程A通过iterator去遍历某集合的过程中,若该集合的内容被其他线程所改变了;那么线程A访问集合时,就会抛出ConcurrentModificationException异常,产生fail-fast事件。
2、fail-fast实例
package com.collection.list; import java.util.*;
import java.util.concurrent.*; /*
* @desc java集合中Fast-Fail的测试程序。
*
* fast-fail事件产生的条件:当多个线程对Collection进行操作时,若其中某一个线程通过iterator去遍历集合时,该集合的内容被其他线程所改变;则会抛出ConcurrentModificationException异常。
* fast-fail解决办法:通过util.concurrent集合包下的相应类去处理,则不会产生fast-fail事件。
*
* 本例中,分别测试ArrayList和CopyOnWriteArrayList这两种情况。ArrayList会产生fast-fail事件,而CopyOnWriteArrayList不会产生fast-fail事件。
* (01) 使用ArrayList时,会产生fast-fail事件,抛出ConcurrentModificationException异常;定义如下:
* private static List<String> list = new ArrayList<String>();
* (02) 使用时CopyOnWriteArrayList,不会产生fast-fail事件;定义如下:
* private static List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
*
* @author skywang
*/
public class FastFailTest { private static List<String> list = new ArrayList<String>();
//private static List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
public static void main(String[] args) { // 同时启动两个线程对list进行操作!
new Thread(new ThreadOne()).start();
new Thread(new ThreadTwo()).start();
} private static void printAll() {
System.out.println(""); String value = null;
Iterator iter = list.iterator();
while(iter.hasNext()) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
value = (String)iter.next();
System.out.print(value+", ");
}
} /**
* 向list中依次添加0,1,2,3,4,5,每添加一个数之后,就通过printAll()遍历整个list
*/
private static class ThreadOne implements Runnable { public void run() {
System.out.println("Thread One");
int i = 0;
while (i<6) {
list.add(String.valueOf(i));
printAll();
i++; }
}
} /**
* 向list中依次添加10,11,12,13,14,15,每添加一个数之后,就通过printAll()遍历整个list
*/
private static class ThreadTwo implements Runnable { public void run() {
System.out.println("Thread Two'");
int i = 10;
while (i<16) {
list.add(String.valueOf(i));
printAll();
i++;
}
}
} }
运行结果
0, Exception in thread "Thread-0" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:901)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:851)
at com.collection.list.FastFailTest.printAll(FastFailTest.java:42)
at com.collection.list.FastFailTest.access$300(FastFailTest.java:20)
at com.collection.list.FastFailTest$ThreadOne.run(FastFailTest.java:57)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
结果说明:1. 启动两个线程在添加一个元素后,直接进行全局遍历 2. 当一个线程在遍历list的时候,list的内容被另外一个线程改变了,就会抛出CurrentModificationException异常,产生fail-fast事件
3、fail-fast的解决办法
fail-fast机制,是一种错误检测机制。它只能被用来检测错误,因为JDK并不保证fail-fast机制一定会发生。若在多线程环境下使用fail-fast机制的集合,建议使用“java.util.concurrent包下的类”去取代“java.util包下的类”。
所以,本例中只需要将ArrayList替换成java.util.concurrent包下对应的类即可。
即,将代码
private static List<String> list = new ArrayList<String>();
替换为
private static List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
则可以解决该办法。
4、fail-fast原理
产生fail-fast事件,是通过抛出ConcurrentModificationException异常来触发的。
那么,ArrayList是如何抛出ConcurrentModificationException异常的呢?
我们知道,ConcurrentModificationException是在操作Iterator时抛出的异常。我们先看看Iterator的源码。ArrayList的Iterator是在父类AbstractList.java中实现的。代码如下:
从中,我们可以发现在调用 next() 和 remove()时,都会执行 checkForComodification()。若 “modCount 不等于 expectedModCount”,则抛出ConcurrentModificationException异常,产生fail-fast事件。
要搞明白 fail-fast机制,我们就要需要理解什么时候“modCount 不等于 expectedModCount”!
从Itr类中,我们知道 expectedModCount 在创建Itr对象时,被赋值为 modCount。通过Itr,我们知道:expectedModCount不可能被修改为不等于 modCount。所以,需要考证的就是modCount何时会被修改。
接下来,我们查看ArrayList的源码,来看看modCount是如何被修改的。
从中,我们发现:无论是add()、remove(),还是clear(),只要涉及到修改集合中的元素个数时,都会改变modCount的值。
接下来,我们再系统的梳理一下fail-fast是怎么产生的。步骤如下:
(01) 新建了一个ArrayList,名称为arrayList。
(02) 向arrayList中添加内容。
(03) 新建一个“线程a”,并在“线程a”中通过Iterator反复的读取arrayList的值。
(04) 新建一个“线程b”,在“线程b”中删除arrayList中的一个“节点A”。
(05) 这时,就会产生有趣的事件了。
在某一时刻,“线程a”创建了arrayList的Iterator。此时“节点A”仍然存在于arrayList中,创建arrayList时,expectedModCount = modCount(假设它们此时的值为N)。
在“线程a”在遍历arrayList过程中的某一时刻,“线程b”执行了,并且“线程b”删除了arrayList中的“节点A”。“线程b”执行remove()进行删除操作时,在remove()中执行了“modCount++”,此时modCount变成了N+1!
“线程a”接着遍历,当它执行到next()函数时,调用checkForComodification()比较“expectedModCount”和“modCount”的大小;而“expectedModCount=N”,“modCount=N+1”,这样,便抛出ConcurrentModificationException异常,产生fail-fast事件。
至此,我们就完全了解了fail-fast是如何产生的!
即,当多个线程对同一个集合进行操作的时候,某线程访问集合的过程中,该集合的内容被其他线程所改变(即其它线程通过add、remove、clear等方法,改变了modCount的值);这时,就会抛出ConcurrentModificationException异常,产生fail-fast事件。
5、解决fail-fast原理
上面,说明了“解决fail-fast机制的办法”,也知道了“fail-fast产生的根本原因”。接下来,我们再进一步谈谈java.util.concurrent包中是如何解决fail-fast事件的。
还是以和ArrayList对应的CopyOnWriteArrayList进行说明。我们先看看CopyOnWriteArrayList的源码:
从中,我们可以看出:
(01) 和ArrayList继承于AbstractList不同,CopyOnWriteArrayList没有继承于AbstractList,它仅仅只是实现了List接口。
(02) ArrayList的iterator()函数返回的Iterator是在AbstractList中实现的;而CopyOnWriteArrayList是自己实现Iterator。
(03) ArrayList的Iterator实现类中调用next()时,会“调用checkForComodification()比较‘expectedModCount’和‘modCount’的大小”;但是,CopyOnWriteArrayList的Iterator实现类中,没有所谓的checkForComodification(),更不会抛出ConcurrentModificationException异常!
(04) CopyOnWriteArrayList, 也没有用线程同步,只是将原数组在遍历的时候先将原数组拷贝一份,因此数组再变化时不会影响正在遍历的数据
(05) 解决fail-fast 也可以用线程同步方案,通知只能有一个线程访问数组,但是这样会降低访问的效率
此文参考:http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3308762.html
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