java-----ArrayList的fail-fast机制学习
来源:互联网 发布:淘宝钢笔店 编辑:程序博客网 时间:2024/06/05 15:38
java中经常会用到容器类,他们为我们实际的开发提供了很大的便捷,但是在使用的过程中经常会出现一些奇奇怪怪的异常,今天演示的就是使用ArrayList过程中出现的一个异常,就是我们经常会遇到的ConcurrentModificationException异常了,这个异常会在我们多线程并发修改ArrayList,并且至少有一个线程在迭代输出ArrayList里面的值的时候出现,下面我们再现一下出错场景,随后从源码角度来分析问题原因以及解决方法;
问题再现:
public class FailFastTest {public static ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();public static void main(String[] args) {AddRunnable addRunnable = new AddRunnable();IteratorRunnable iteratorRunnable = new IteratorRunnable();new Thread(addRunnable).start();new Thread(iteratorRunnable).start();}static class AddRunnable implements Runnable{@Overridepublic void run() {int sum = 10;while(sum > 0){list.add(sum);sum--;try {Thread.sleep(10);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}static class IteratorRunnable implements Runnable{@Overridepublic void run() {try {Thread.sleep(15);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}Iterator<Integer> it = list.iterator();while(it.hasNext()){System.out.println(it.next());try {Thread.sleep(15);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}}AddRunnable是用于向ArrayList中添加数据的,IteratorRunnable用于迭代输出ArrayList的值,为了模拟效果,我们在AddRunnable中每隔10ms添加一条数据,在IteratorRunnable中每隔15ms会查看Iterator里面有没有next值,最终看到下面输出:
10Exception in thread "Thread-1" java.util.ConcurrentModificationExceptionat java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(Unknown Source)at java.util.ArrayList$Itr.next(Unknown Source)at com.hzw.test.FailFastTest$IteratorRunnable.run(FailFastTest.java:46)at java.lang.Thread.run(Unknown Source)也就是发生了我们所说的fail-fast,即AddRunnable线程在操作ArrayList的同时,IteratorRunnable在迭代,但是数组里面的元素值却是在不断的变化,导致了马上抛出异常,下面我们分析下产生这种现象的原因:
由于我们采用的是ArrayList做的测试,所以查看ArrayList源码即可,在上面抛出异常的输出中你会发现异常是出现在checkForComodification方法里面的,具体是在调用ArrayList$Itr.next方法的时候会调用checkForComodification方法,进而产生异常,那么这里的Itr又是什么呢?查看源码发现他是ArrayList的私有内部类,我们在调用ArrayList的iterator方法的时候会创建一个Itr对象出来,查看源码如下:
public Iterator<E> iterator() { return new Itr(); }那好,我们就该从Itr看起了,因为异常是在他的方法里面抛出的,因为该类的源码不太长,我贴出来吧:
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; public boolean hasNext() { return cursor != size; } @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]; } public void remove() { if (lastRet < 0) throw new IllegalStateException(); checkForComodification(); try { ArrayList.this.remove(lastRet); cursor = lastRet; lastRet = -1; expectedModCount = modCount; } catch (IndexOutOfBoundsException ex) { throw new ConcurrentModificationException(); } } final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); } }
在第4行有一个很重要的赋值操作,int expectedModCount = modCount,那么这里的modCount指的是什么呢?看看官方注释:
The number of times this list has been structurally modified. Structural modifications are those that change the size of the list, or otherwise perturb it in such a fashion that iterations in progress may yield incorrect results.什么意思呢?意思是说modCount是指list在结构上被改变的次数当然也包括list中内容顺序发生改变的次数,这个值的修改会使得迭代器产生不正确的结果,如果你查看ArrayList中modCount值哪里发生过修改的话,一般出现在add、remove、clear中;
同时你会发现在Itr中的每个方法执行之前都会调用checkForComodification,很自然我们该看看checkForComodification里面是什么样子了,查看上面的源码就知道原来里面就是判断expectedModCount与modCount是否相等了,不等的话就会抛出上面我们看到的异常了,而expectedModCount的值是我们在开始迭代的时候赋值的,modCount有可能在我们迭代的过程中因为我们向ArrayList中添加或者删除元素而发生变化,这就会导致两者值不等了,也就是我们上面出现的情况了;
那么这个问题该怎么解决呢?很简单的一种方式就是将ArrayList替换成CopyOnWriteArrayList,其实这点从两者所引用的包路径就可以看出来了,ArrayList引用自java.util而CopyOnWriteArrayList引用自java.util.concurrent,而concurrent就是并发的意思啦!那么CopyOnWriteArrayList能够避免上述并发操作ArrayList带来的问题原理是什么呢?看来我们有必要看看CopyOnWriteArrayList的源码了:
同样它里面也有一个Iterator方法,和ArrayList一样,他也实现了List接口,因为Iterator是属于List接口的,所以他也相应的需要实现Iterator方法啦:
public Iterator<E> iterator() { return new COWIterator<E>(getArray(), 0); }查看他的Iterator方法,发现返回一个COWIterator对象,COWIterator是CopyOnWriteArrayList的私有内部静态类,我们来看看它里面的源码:
private static class COWIterator<E> implements ListIterator<E> { /** Snapshot of the array */ private final Object[] snapshot; /** Index of element to be returned by subsequent call to next. */ private int cursor; private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) { cursor = initialCursor; snapshot = elements; } public boolean hasNext() { return cursor < snapshot.length; } public boolean hasPrevious() { return cursor > 0; } @SuppressWarnings("unchecked") public E next() { if (! hasNext()) throw new NoSuchElementException(); return (E) snapshot[cursor++]; } @SuppressWarnings("unchecked") public E previous() { if (! hasPrevious()) throw new NoSuchElementException(); return (E) snapshot[--cursor]; } public int nextIndex() { return cursor; } public int previousIndex() { return cursor-1; } /** * Not supported. Always throws UnsupportedOperationException. * @throws UnsupportedOperationException always; <tt>remove</tt> * is not supported by this iterator. */ public void remove() { throw new UnsupportedOperationException(); } /** * Not supported. Always throws UnsupportedOperationException. * @throws UnsupportedOperationException always; <tt>set</tt> * is not supported by this iterator. */ public void set(E e) { throw new UnsupportedOperationException(); } /** * Not supported. Always throws UnsupportedOperationException. * @throws UnsupportedOperationException always; <tt>add</tt> * is not supported by this iterator. */ public void add(E e) { throw new UnsupportedOperationException(); } }注意到的是COWIterator没有无参构造器,唯一的构造函数就在第7行了,也就是上面iterator调用的构造函数了,在这个构造函数里面,第一个传入的参数是我们的数组拷贝,这点需要注意一下啦,也就是iterator里面第一个参数getArray()的值实际上就是我们当前数组的一份拷贝,然后传递给COWIterator之后,看到将getArray()参数传入的数组地址赋给了snapshot,然后接下来的所有操作都是针对snapshot也就是getArray拷贝数组的,并不会对原来的数组有任何修改,这就保证了我们迭代过程中数组中的内容不会发生变化了,也就是说我迭代是迭代的原先数组的拷贝,并不是原先数组,注意这里的拷贝是数组地址也发生了变化的,不仅仅将原先数组地址赋给拷贝地址,这点从CopyOnWriteArrayList里面任意一个修改list的方法中都能看出来,我们以add方法为例:
public boolean add(E e) { final ReentrantLock lock = this.lock; lock.lock(); try { Object[] elements = getArray(); int len = elements.length; Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1); newElements[len] = e; setArray(newElements); return true; } finally { lock.unlock(); } }可以看到第7行调用了Arrays.copyof方法,这个方法就是用来进行数组拷贝的,这个拷贝完之后生成的数组和原先的数组地址值是不一样的,并且使用setArray将数组值保存下来,随后的迭代过程中使用的就是这个拷贝数组了;
至此关于fail-fast机制出现的原因以及解决的方法已经整理结束了,希望有不对的地方大家能够批评指正!!!!!
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