failfast的原理解决办法）

　　概要
　　我们以ArrayList为例，对Iterator的fail-fast机制进行了解。内容包括：：
　　1 fail-fast简介
　　2 fail-fast示例
　　3 fail-fast解决办法
　　4 fail-fast原理
　　5 解决fail-fast的原理 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。
　　在详细介绍fail-fast机制的原理之前，先通过一个示例来认识fail-fast。 2 fail-fast示例
　　示例代码：( FastFailTest.java )  1 import java.util.*;  2 import java.util.concurrent.*;  3   4 /*  5  * @desc java集合中Fast-Fail的测试程序。  6  *  7  *   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。  8  *   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。  9  * 10  *   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。 11  *   (01) 使用ArrayList时，会产生fast-fail事件，抛出ConcurrentModificationException异常；定义如下： 12  *            private static List list = new ArrayList(); 13  *   (02) 使用时CopyOnWriteArrayList，不会产生fast-fail事件；定义如下： 14  *            private static List list = new CopyOnWriteArrayList(); 15  * 16  * @author skywang 17  */ 18 public class FastFailTest { 19  20     private static List list = new ArrayList(); 21     //private static List list = new CopyOnWriteArrayList(); 22     public static void main(String[] args) { 23      24         // 同时启动两个线程对list进行操作！ 25         new ThreadOne().start(); 26         new ThreadTwo().start(); 27     } 28  29     private static void printAll() { 30         System.out.println(＂＂); 31  32         String value = null; 33         Iterator iter = list.iterator(); 34         while(iter.hasNext()) { 35             value = (String)iter.next(); 36             System.out.print(value+＂, ＂); 37         } 38     } 39  40     /** 41      * 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 42      */ 43     private static class ThreadOne extends Thread { 44         public void run() { 45             int i = 0; 46             while (i<6) { 47                 list.add(String.valueOf(i)); 48                 printAll(); 49                 i++; 50             } 51         } 52     } 53  54     /** 55      * 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 56      */ 57     private static class ThreadTwo extends Thread { 58         public void run() { 59             int i = 10; 60             while (i<16) { 61                 list.add(String.valueOf(i)); 62                 printAll(); 63                 i++; 64             } 65         } 66     } 67  68 }
　　运行结果 ：
　　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：  1 package java.util;  2   3 public abstract class AbstractList extends AbstractCollection implements List {  4   5     ...  6   7     // AbstractList中唯一的属性  8     // 用来记录List修改的次数：每修改一次(添加/删除等操作)，将modCount+1  9     protected transient int modCount = 0; 10  11     // 返回List对应迭代器。实际上，是返回Itr对象。 12     public Iterator iterator() { 13         return new Itr(); 14     } 15  16     // Itr是Iterator(迭代器)的实现类 17     private class Itr implements Iterator { 18         int cursor = 0; 19  20         int lastRet = -1; 21  22         // 修改数的记录值。 23         // 每次新建Itr()对象时，都会保存新建该对象时对应的modCount； 24         // 以后每次遍历List中的元素的时候，都会比较expectedModCount和modCount是否相等； 25         // 若不相等，则抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。 26         int expectedModCount = modCount; 27  28         public boolean hasNext() { 29             return cursor != size(); 30         } 31  32         public E next() { 33             // 获取下一个元素之前，都会判断＂新建Itr对象时保存的modCount＂和＂当前的modCount＂是否相等； 34             // 若不相等，则抛出ConcurrentModificationException异常，产生fail-fast事件。 35             checkForComodification(); 36             try { 37                 E next = get(cursor); 38                 lastRet = cursor++; 39                 return next; 40             } catch (IndexOutOfBoundsException e) { 41                 checkForComodification(); 42                 throw new NoSuchElementException(); 43             } 44         } 45  46         public void remove() { 47             if (lastRet == -1) 48                 throw new IllegalStateException(); 49             checkForComodification(); 50  51             try { 52                 AbstractList.this.remove(lastRet); 53                 if (lastRet < cursor) 54                     cursor--; 55                 lastRet = -1; 56                 expectedModCount = modCount; 57             } catch (IndexOutOfBoundsException e) { 58                 throw new ConcurrentModificationException(); 59             } 60         } 61  62         final void checkForComodification() { 63             if (modCount != expectedModCount) 64                 throw new ConcurrentModificationException(); 65         } 66     } 67  68     ... 69 }
　　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。   1 package java.util;   2    3 public class ArrayList extends AbstractList   4         implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable   5 {   6    7     ...   8    9     // list中容量变化时，对应的同步函数  10     public void ensureCapacity(int minCapacity) {  11         modCount++;  12         int oldCapacity = elementData.length;  13         if (minCapacity > oldCapacity) {  14             Object oldData[] = elementData;  15             int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;  16             if (newCapacity < minCapacity)  17                 newCapacity = minCapacity;  18             // minCapacity is usually close to size, so this is a win:  19             elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  20         }  21     }  22   23   24     // 添加元素到队列最后  25     public boolean add(E e) {  26         // 修改modCount  27         ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!  28         elementData[size++] = e;  29         return true;  30     }  31   32   33     // 添加元素到指定的位置  34     public void add(int index, E element) {  35         if (index > size || index < 0)  36             throw new IndexOutOfBoundsException(  37             ＂Index: ＂+index+＂, Size: ＂+size);  38   39         // 修改modCount  40         ensureCapacity(size+1);  // Increments modCount!!  41         System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,  42              size - index);  43         elementData[index] = element;  44         size++;  45     }  46   47     // 添加集合  48     public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {  49         Object[] a = c.toArray();  50         int numNew = a.length;  51         // 修改modCount  52         ensureCapacity(size + numNew);  // Increments modCount  53         System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);  54         size += numNew;  55         return numNew != 0;  56     }  57      58   59     // 删除指定位置的元素   60     public E remove(int index) {  61         RangeCheck(index);  62   63         // 修改modCount  64         modCount++;  65         E oldValue = (E) elementData[index];  66   67         int numMoved = size - index - 1;  68         if (numMoved > 0)  69             System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);  70         elementData[--size] = null; // Let gc do its work  71   72         return oldValue;  73     }  74   75   76     // 快速删除指定位置的元素   77     private void fastRemove(int index) {  78   79         // 修改modCount  80         modCount++;  81         int numMoved = size - index - 1;  82         if (numMoved > 0)  83             System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,  84                              numMoved);  85         elementData[--size] = null; // Let gc do its work  86     }  87   88     // 清空集合  89     public void clear() {  90         // 修改modCount  91         modCount++;  92   93         // Let gc do its work  94         for (int i = 0; i < size; i++)  95             elementData[i] = null;  96   97         size = 0;  98     }  99  100     ... 101 }
　　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：  1 package java.util.concurrent;  2 import java.util.*;  3 import java.util.concurrent.locks.*;  4 import sun.misc.Unsafe;  5   6 public class CopyOnWriteArrayList  7     implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {  8   9     ... 10  11     // 返回集合对应的迭代器 12     public Iterator iterator() { 13         return new COWIterator(getArray(), 0); 14     } 15  16     ... 17     18     private static class COWIterator implements ListIterator { 19         private final Object[] snapshot; 20  21         private int cursor; 22  23         private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) { 24             cursor = initialCursor; 25             // 新建COWIterator时，将集合中的元素保存到一个新的拷贝数组中。 26             // 这样，当原始集合的数据改变，拷贝数据中的值也不会变化。 27             snapshot = elements; 28         } 29  30         public boolean hasNext() { 31             return cursor < snapshot.length; 32         } 33  34         public boolean hasPrevious() { 35             return cursor > 0; 36         } 37  38         public E next() { 39             if (! hasNext()) 40                 throw new NoSuchElementException(); 41             return (E) snapshot[cursor++]; 42         } 43  44         public E previous() { 45             if (! hasPrevious()) 46                 throw new NoSuchElementException(); 47             return (E) snapshot[--cursor]; 48         } 49  50         public int nextIndex() { 51             return cursor; 52         } 53  54         public int previousIndex() { 55             return cursor-1; 56         } 57  58         public void remove() { 59             throw new UnsupportedOperationException(); 60         } 61  62         public void set(E e) { 63             throw new UnsupportedOperationException(); 64         } 65  66         public void add(E e) { 67             throw new UnsupportedOperationException(); 68         } 69     } 70    71     ... 72  73 }
　　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！
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