Java集合快速失敗與安全失敗解析
Java集合快速失敗與安全失敗
前言
我們?cè)陂_發(fā)過程中有沒有在遍歷集合的時(shí)候遇到過ConcurrentModificationException這樣的異常,那么什么樣的原因?qū)е逻@種異常呢?本篇博客將帶領(lǐng)大家去了解一下Java集合fail-fast快速失敗機(jī)制與fail-safe安全失敗機(jī)制。
正文
fail-fast與fail-safe
- fail-fast快速失敗機(jī)制: 是Java集合中的一種機(jī)制,在用迭代器遍歷一個(gè)集合對(duì)象時(shí),如果遍歷過程中對(duì)集合對(duì)象的內(nèi)容進(jìn)行了修改(增加、刪除、修改),則會(huì)拋出ConcurrentModificationException。
- fail-safe安全失敗機(jī)制:java.util.concurrent包下的容器都是安全失敗,在遍歷時(shí)不是直接在集合內(nèi)容上訪問的,而是先copy原有集合內(nèi)容,在拷貝的集合上進(jìn)行遍歷,因此采用安全失敗的容器可以在多線程下并發(fā)使用,并發(fā)修改。
fail-fast快速失敗機(jī)制
public class test {
public static void main(String[] args) {
testForHashMap();
}
private static void testForHashMap() {
HashMap<String,String> hashMap =new LinkedHashMap<>();
hashMap.put("1","a");
hashMap.put("2","b");
hashMap.put("3","c");
Iterator<Map.Entry<String,String>> iterator=hashMap.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
hashMap.put("bloom","bloom");
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
快速失敗機(jī)制下修改集合元素觸發(fā)快速失敗,輸出結(jié)果:
遍歷集合時(shí),新增或者刪除元素,將拋ConcurrentModificationException異常

fail-safe安全失敗機(jī)制
public class test {
public static void main(String[] args) {
testForHashTable();
}
private static void testForHashTable() {
Hashtable<String,String> hashtable =new Hashtable();
hashtable.put("4","d");
hashtable.put("5","e");
hashtable.put("6","f");
Enumeration<String> iterator1=hashtable.elements();
while (iterator1.hasMoreElements()) {
hashtable.put("bloom","bloom");
System.out.println(iterator1.nextElement());
}
}
}
安全失敗機(jī)制下修改集合元素,輸出結(jié)果
我們可以在遍歷集合的同時(shí),新增、刪除元素

小結(jié)一下
fail-fast,它是Java集合的一種錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制。
在用迭代器遍歷一個(gè)集合對(duì)象時(shí),如果遍歷過程中不應(yīng)該對(duì)集合對(duì)象的內(nèi)容進(jìn)行了修改(增加、刪除、修改),可以新建一個(gè)新的集合進(jìn)行操作。
快速失敗&安全失敗(最全的總結(jié))
public static void main(String[] args) {
Hashtable<String, String> table = new Hashtable<String, String>();
table.put("a", "aa");
table.put("b", "bb");
table.put("c", "cc");
table.remove("c");
Iterator<Entry<String, String>> iterator = table.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next().getValue());
//采用iterator直接進(jìn)行修改 程序正常
iterator.remove();
//直接從hashtable增刪數(shù)據(jù)就會(huì)報(bào)錯(cuò)
table.put("d", "dd");
//直接從hashtable增刪數(shù)據(jù)就會(huì)報(bào)錯(cuò),hashtable,hashmap等非并發(fā)集合,如果在迭代過程中增減了數(shù)據(jù),就是快速失敗
table.remove("c");
}
System.out.println("-----------");
Lock lock = new ReentrantLock();
//即使加上lock,還是會(huì)跑出ConcurrentModificationException異常
lock.lock();
HashMap<String, String> hashmap = new HashMap<String, String>();
hashmap.put("a", "aa");
hashmap.put("b", "bb");
hashmap.put("c", "cc");
Iterator<Entry<String, String>> iterators = hashmap.entrySet().iterator();
while (iterators.hasNext()) {
System.out.println(iterators.next().getValue());
// 正常
iterators.remove();
//直接從hashtable增刪數(shù)據(jù)就會(huì)報(bào)錯(cuò)。
//hashtable,hashmap等非并發(fā)集合,如果在迭代過程中增減了數(shù)據(jù),會(huì)快速失敗 (一檢測(cè)到修改,馬上拋異常)
//java.util.ConcurrentModificationException
hashmap.remove("c");
}
System.out.println("-----------");
lock.unlock();
ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<String, String>();
map.put("a", "aa");
map.put("b", "bb");
map.put("c", "cc");
Iterator<Entry<String, String>> mapiterator = map.entrySet().iterator();
while (mapiterator.hasNext()) {
System.out.println(mapiterator.next().getValue());
map.remove("c");// 正常 并發(fā)集合不存在快速失敗問題
map.put("c", "cc");// 正常 并發(fā)集合不存在快速失敗問題
}
System.out.println("-----------");
}
運(yùn)行該段代碼發(fā)現(xiàn),在Hashtable和HashMap的循環(huán)迭代過程中在容器對(duì)象上做“修改”操作的話,是跑出java.util.ConcurrentModificationException異常,在Iterator上做操作不會(huì)異常。但是ConcurrentHashMap在容器對(duì)象和Iterator對(duì)象上都不會(huì)拋異常,這是為什么呢?
(1)首先來介紹兩個(gè)概念,快速失敗和安全失敗。
Iterator的安全失敗是基于對(duì)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(huì)拋出ConcurrentModificationException異常,而安全失敗的迭代器永遠(yuǎn)不會(huì)拋出這樣的異常。
(2)我們查看Hashtable、HashMap、ConcurrentHashMap的在Java API底層的entrySet對(duì)象發(fā)現(xiàn),三者都做了對(duì)當(dāng)前對(duì)象的拷貝,三者的處理方式是一樣的,那區(qū)別在哪里呢?看看獲取下一個(gè)entrySet在邏輯上的區(qū)別
這是Hashtable、HashMap的
final Node<K,V> nextNode() {
Node<K,V>[] t;
Node<K,V> e = next;
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();
if ((next = (current = e).next) == null && (t = table) != null) {
do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
}
return e;
}
這是ConcurrentHashMap的
public final Map.Entry<K,V> next() {
Node<K,V> p;
if ((p = next) == null)
throw new NoSuchElementException();
K k = p.key;
V v = p.val;
lastReturned = p;
advance();
return new MapEntry<K,V>(k, v, map);
}
/**
* Advances if possible, returning next valid node, or null if none.
*/
final Node<K,V> advance() {
Node<K,V> e;
if ((e = next) != null)
e = e.next;
for (;;) {
Node<K,V>[] t; int i, n; // must use locals in checks
if (e != null)
return next = e;
if (baseIndex >= baseLimit || (t = tab) == null ||
(n = t.length) <= (i = index) || i < 0)
return next = null;
if ((e = tabAt(t, i)) != null && e.hash < 0) {
if (e instanceof ForwardingNode) {
tab = ((ForwardingNode<K,V>)e).nextTable;
e = null;
pushState(t, i, n);
continue;
}
else if (e instanceof TreeBin)
e = ((TreeBin<K,V>)e).first;
else
e = null;
}
if (stack != null)
recoverState(n);
else if ((index = i + baseSize) >= n)
index = ++baseIndex; // visit upper slots if present
}
}
ConcurrentHashMap中的迭代器主要包括entrySet、keySet、values方法。它們大同小異,這里選擇entrySet解釋。當(dāng)我們調(diào)用entrySet返回值的iterator方法時(shí),返回的是EntryIterator,在EntryIterator上調(diào)用next方法時(shí),最終實(shí)際調(diào)用到了HashIterator.advance()方法。這個(gè)方法在遍歷底層數(shù)組。
在遍歷過程中,如果已經(jīng)遍歷的數(shù)組上的內(nèi)容變化了,迭代器不會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常。如果未遍歷的數(shù)組上的內(nèi)容發(fā)生了變化,則有可能反映到迭代過程中。
這就是ConcurrentHashMap迭代器弱一致的表現(xiàn)。ConcurrentHashMap的弱一致性主要是為了提升效率,是一致性與效率之間的一種權(quán)衡。要成為強(qiáng)一致性,就得到處使用鎖,甚至是全局鎖,這就與Hashtable和同步的HashMap一樣了。
最后我們看看JDK中對(duì)于快速失敗的描述:
注意,此實(shí)現(xiàn)不是同步的。如果多個(gè)線程同時(shí)訪問一個(gè)哈希映射,而其中至少一個(gè)線程從結(jié)構(gòu)上修改了該映射,則它必須 保持外部同步。(結(jié)構(gòu)上的修改是指添加或刪除一個(gè)或多個(gè)映射關(guān)系的任何操作;僅改變與實(shí)例已經(jīng)包含的鍵關(guān)聯(lián)的值不是結(jié)構(gòu)上的修改。)這一般通過對(duì)自然封裝該映射的對(duì)象進(jìn)行同步操作來完成。
如果不存在這樣的對(duì)象,則應(yīng)該使用 Collections.synchronizedMap 方法來“包裝”該映射。最好在創(chuàng)建時(shí)完成這一操作,以防止對(duì)映射進(jìn)行意外的非同步訪問,如下所示: Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));由所有此類的“collection 視圖方法”所返回的迭代器都是快速失敗 的:在迭代器創(chuàng)建之后,如果從結(jié)構(gòu)上對(duì)映射進(jìn)行修改,除非通過迭代器本身的 remove 方法,其他任何時(shí)間任何方式的修改,迭代器都將拋出 ConcurrentModificationException。因此,面對(duì)并發(fā)的修改,迭代器很快就會(huì)完全失敗,而不冒在將來不確定的時(shí)間發(fā)生任意不確定行為的風(fēng)險(xiǎn)。
注意,迭代器的快速失敗行為不能得到保證,一般來說,存在非同步的并發(fā)修改時(shí),不可能作出任何堅(jiān)決的保證。快速失敗迭代器盡最大努力拋出 ConcurrentModificationException。因此,編寫依賴于此異常的程序的做法是錯(cuò)誤的,正確做法是:迭代器的快速失敗行為應(yīng)該僅用于檢測(cè)程序錯(cuò)誤。
以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn),希望能給大家一個(gè)參考,也希望大家多多支持腳本之家。
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