1 fail-fast簡介
fail-fast 機制是java集合(Collection)中的一種錯誤機制。當多個線程對同一個集合的內容進行操作時，就可能會產生fail-fast事件。
例如：當某一個線程A通過iterator去遍歷某集合的過程中，若該集合的內容被其他線程所改變了；那么線程A訪問集合時，就會拋出ConcurrentModificationException異常，產生fail-fast事件。
在詳細介紹fail-fast機制的原理之前，先通過一個示例來認識fail-fast。
2 fail-fast示例
示例代碼：(FastFailTest.java)
1 import java.util.*;
2 import java.util.concurrent.*;
3
4 /*
5 * @desc java集合中Fast-Fail的測試程序。
6 *
7 * fast-fail事件產生的條件：當多個線程對Collection進行操作時，若其中某一個線程通過iterator去遍歷集合時，該集合的內容被其他線程所改變；則會拋出ConcurrentModificationException異常。
8 * fast-fail解決辦法：通過util.concurrent集合包下的相應類去處理，則不會產生fast-fail事件。
9 *
10 * 本例中，分別測試ArrayList和CopyOnWriteArrayList這兩種情況。ArrayList會產生fast-fail事件，而CopyOnWriteArrayList不會產生fast-fail事件。
11 * (01) 使用ArrayList時，會產生fast-fail事件，拋出ConcurrentModificationException異常；定義如下：
12 * private static List<String> list = new ArrayList<String>();
13 * (02) 使用時CopyOnWriteArrayList，不會產生fast-fail事件；定義如下：
14 * private static List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
15 *
16 * @author skywang
17 */
18 public class FastFailTest {
19
20 private static List<String> list = new ArrayList<String>();
21 //private static List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
22 public static void main(String[] args) {
23
24 // 同時啟動兩個線程對list進行操作！
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，每添加一個數之后，就通過printAll()遍歷整個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，每添加一個數之后，就通過printAll()遍歷整個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 }
運行結果：
運行該代碼，拋出異常java.util.ConcurrentModificationException！即，產生fail-fast事件！
結果說明：
(01) FastFailTest中通過 new ThreadOne().start() 和 new ThreadTwo().start() 同時啟動兩個線程去操作list。
ThreadOne線程：向list中依次添加0,1,2,3,4,5。每添加一個數之后，就通過printAll()遍歷整個list。
ThreadTwo線程：向list中依次添加10,11,12,13,14,15。每添加一個數之后，就通過printAll()遍歷整個list。
(02) 當某一個線程遍歷list的過程中，list的內容被另外一個線程所改變了；就會拋出ConcurrentModificationException異常，產生fail-fast事件。
3 fail-fast解決辦法
fail-fast機制，是一種錯誤檢測機制。它只能被用來檢測錯誤，因為JDK並不保證fail-fast機制一定會發生。若在多線程環境下使用fail-fast機制的集合，建議使用“java.util.concurrent包下的類”去取代“java.util包下的類”。
所以，本例中只需要將ArrayList替換成java.util.concurrent包下對應的類即可。
即，將代碼
private static List<String> list = new ArrayList<String>();
替換為
private static List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
則可以解決該辦法。
4 fail-fast原理
產生fail-fast事件，是通過拋出ConcurrentModificationException異常來觸發的。
那么，ArrayList是如何拋出ConcurrentModificationException異常的呢?
我們知道，ConcurrentModificationException是在操作Iterator時拋出的異常。我們先看看Iterator的源碼。ArrayList的Iterator是在父類AbstractList.java中實現的。代碼如下：
1 package java.util;
2
3 public abstract class AbstractList<E> extends AbstractCollection<E> implements List<E> {
4
5 ...
6
7 // AbstractList中唯一的屬性
8 // 用來記錄List修改的次數：每修改一次(添加/刪除等操作)，將modCount+1
9 protected transient int modCount = 0;
10
11 // 返回List對應迭代器。實際上，是返回Itr對象。
12 public Iterator<E> iterator() {
13 return new Itr();
14 }
15
16 // Itr是Iterator(迭代器)的實現類
17 private class Itr implements Iterator<E> {
18 int cursor = 0;
19
20 int lastRet = -1;
21
22 // 修改數的記錄值。
23 // 每次新建Itr()對象時，都會保存新建該對象時對應的modCount；
24 // 以后每次遍歷List中的元素的時候，都會比較expectedModCount和modCount是否相等；
25 // 若不相等，則拋出ConcurrentModificationException異常，產生fail-fast事件。
26 int expectedModCount = modCount;
27
28 public boolean hasNext() {
29 return cursor != size();
30 }
31
32 public E next() {
33 // 獲取下一個元素之前，都會判斷“新建Itr對象時保存的modCount”和“當前的modCount”是否相等；
34 // 若不相等，則拋出ConcurrentModificationException異常，產生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 }
從中，我們可以發現在調用 next() 和 remove()時，都會執行 checkForComodification()。若 “modCount 不等於 expectedModCount”，則拋出ConcurrentModificationException異常，產生fail-fast事件。
要搞明白 fail-fast機制，我們就要需要理解什么時候“modCount 不等於 expectedModCount”！
從Itr類中，我們知道 expectedModCount 在創建Itr對象時，被賦值為 modCount。通過Itr，我們知道：expectedModCount不可能被修改為不等於 modCount。所以，需要考證的就是modCount何時會被修改。
接下來，我們查看ArrayList的源碼，來看看modCount是如何被修改的
1 package java.util;
2
3 public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
4 implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
5 {
6
7 ...
8
9 // list中容量變化時，對應的同步函數
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 // 添加元素到隊列最后
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 // 刪除指定位置的元素
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 // 快速刪除指定位置的元素
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 }
從中，我們發現：無論是add()、remove()，還是clear()，只要涉及到修改集合中的元素個數時，都會改變modCount的值。
接下來，我們再系統的梳理一下fail-fast是怎么產生的。步驟如下：
(01) 新建了一個ArrayList，名稱為arrayList。
(02) 向arrayList中添加內容。
(03) 新建一個“線程a”，並在“線程a”中通過Iterator反復的讀取arrayList的值。
(04) 新建一個“線程b”，在“線程b”中刪除arrayList中的一個“節點A”。
(05) 這時，就會產生有趣的事件了。
在某一時刻，“線程a”創建了arrayList的Iterator。此時“節點A”仍然存在於arrayList中，創建arrayList時，expectedModCount = modCount(假設它們此時的值為N)。
在“線程a”在遍歷arrayList過程中的某一時刻，“線程b”執行了，並且“線程b”刪除了arrayList中的“節點A”。“線程b”執行remove()進行刪除操作時，在remove()中執行了“modCount++”，此時modCount變成了N+1！
“線程a”接着遍歷，當它執行到next()函數時，調用checkForComodification()比較“expectedModCount”和“modCount”的大小；而“expectedModCount=N”，“modCount=N+1”,這樣，便拋出ConcurrentModificationException異常，產生fail-fast事件。
至此，我們就完全了解了fail-fast是如何產生的！
即，當多個線程對同一個集合進行操作的時候，某線程訪問集合的過程中，該集合的內容被其他線程所改變(即其它線程通過add、remove、clear等方法，改變了modCount的值)；這時，就會拋出ConcurrentModificationException異常，產生fail-fast事件。
5 解決fail-fast的原理
上面，說明了“解決fail-fast機制的辦法”，也知道了“fail-fast產生的根本原因”。接下來，我們再進一步談談java.util.concurrent包中是如何解決fail-fast事件的。
還是以和ArrayList對應的CopyOnWriteArrayList進行說明。我們先看看CopyOnWriteArrayList的源碼：
package java.util.concurrent;
2 import java.util.*;
3 import java.util.concurrent.locks.*;
4 import sun.misc.Unsafe;
5
6 public class CopyOnWriteArrayList<E>
7 implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
8
9 ...
10
11 // 返回集合對應的迭代器
12 public Iterator<E> iterator() {
13 return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
14 }
15
16 ...
17
18 private static class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {
19 private final Object[] snapshot;
20
21 private int cursor;
22
23 private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
24 cursor = initialCursor;
25
//CopyOnWriteArrayList的add、set、remove等會改變原數組的方法中，都是先copy一份原來的array，
//再在copy數組上進行add、set、remove操作，這就才不影響COWIterator那份數組
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 }
從中，我們可以看出:
(01) 和ArrayList繼承於AbstractList不同，CopyOnWriteArrayList沒有繼承於AbstractList，它僅僅只是實現了List接口。
(02) ArrayList的iterator()函數返回的Iterator是在AbstractList中實現的；而CopyOnWriteArrayList是自己實現Iterator。
(03) ArrayList的Iterator實現類中調用next()時，會“調用checkForComodification()比較‘expectedModCount’和‘modCount’的大小”；但是，CopyOnWriteArrayList的Iterator實現類中，沒有所謂的checkForComodification()，更不會拋出ConcurrentModificationException異常！
轉載: http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3308762.html