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1 fail-fast简介

fail-fast 机制是java集合(Collection)中的一种错误机制。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示例

示例代码：(FastFailTest.java)

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
     
       list = new ArrayList
      
       (); *   (02) 使用时CopyOnWriteArrayList，不会产生fast-fail事件；定义如下： *            private static List
       
         list = new CopyOnWriteArrayList
        
         (); * * @author skywang */public class FastFailTest {    private static List
         
           list = new ArrayList
          
           (); //private static List
           
             list = new CopyOnWriteArrayList
            
             (); public static void main(String[] args) { // 同时启动两个线程对list进行操作！ new ThreadOne().start(); new ThreadTwo().start(); } private static void printAll() { System.out.println(""); String value = null; Iterator iter = list.iterator(); while(iter.hasNext()) { 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 extends Thread { public void run() { 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 extends Thread { public void run() { int i = 10; while (i<16) { list.add(String.valueOf(i)); printAll(); i++; } } }}
            
           
          
         
        
       
      
     

运行该代码，抛出异常java.util.ConcurrentModificationException！即，产生fail-fast事件！

结果说明：

(01) FastFailTest中通过 new ThreadOne().start() 和 new ThreadTwo().start() 同时启动两个线程去操作list。

    ThreadOne线程：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。

    ThreadTwo线程：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。

(02) 当某一个线程遍历list的过程中，list的内容被另外一个线程所改变了；就会抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。

 

3 fail-fast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
     
       list = new ArrayList
      
       ();
      
     

替换为

private static List
     
       list = new CopyOnWriteArrayList
      
       ();
      
     

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的原理

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！