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[Java教程]【JAVA集合】集合迭代器快速失败行为及CopyOnWriteArrayList


以下内容基于jdk1.7.0_79源码;

什么是集合迭代器快速失败行为

以ArrayList为例,在多线程并发情况下,如果有一个线程在修改ArrayList集合的结构(插入、移除...),而另一个线程正在用迭代器遍历读取集合中的元素,此时将抛出ConcurrentModificationException异常导致迭代遍历失败;

ArrayList.Itr迭代器快速失败源码及例子

查看ArrayList的Itr迭代器源码,可以看到Itr为ArrayList的私有内部类,有一个expectedModCount成员属性,在迭代器对象创建的时候初始化为ArrayList的modCount,即当迭代器对象创建的时候,会将集合修改次数modCount存到expectedModCount里,然后每次遍历取值的时候,都会拿ArrayList集合修改次数modCount与迭代器的expectedModCount比较,如果发生改变,说明集合结构在创建该迭代器后已经发生了改变,直接抛出ConcurrentModificationException异常,如下代码;

    final void checkForComodification() {      if (modCount != expectedModCount)        throw new ConcurrentModificationException();    }

先举一个不是多线程的简单例子,在创建迭代器后,往ArrayList插入一条数据,然后利用迭代器遍历,如下代码,将抛出ConcurrentModificationException异常:

package com.pichen.basis.col;import java.util.ArrayList;import java.util.Iterator;import java.util.List;public class Main {  public static void main(String[] args) {    List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();    for(int i = 0; i < 10; i++){      list.add(i);    }        Iterator<Integer> iterator = list.iterator();    list.add(10);    while(iterator.hasNext()){      iterator.next();    }  }}

Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException  at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:859)  at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:831)  at com.pichen.basis.col.Main.main(Main.java:18)

再来个多线程的例子,我们创建一个t1线程,循环往集合插入数据,另外主线程获取集合迭代器遍历集合,如下代码,在遍历的过程中将抛出ConcurrentModificationException异常:

package com.pichen.basis.col;import java.util.ArrayList;import java.util.Iterator;import java.util.List;class ThreadTest implements Runnable{  private List<Integer> list;  public ThreadTest(List<Integer> list) {    this.list = list;  }  @Override  public void run() {    while(true){      try {        Thread.sleep(500);      } catch (InterruptedException e) {        e.printStackTrace();      }      this.list.add(10);    }  }}public class Main {  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {    List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();    for(int i = 0; i < 10; i++){      list.add(i);    }    ThreadTest t1 = new ThreadTest(list);    new Thread(t1).start();    Iterator<Integer> iterator = list.iterator();    while(iterator.hasNext()){      System.out.print(iterator.next() + " ");      Thread.sleep(80);    }  }}

结果打印:

0 1 2 3 4 5 6 Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException  at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:859)  at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:831)  at com.pichen.basis.col.Main.main(Main.java:44)

ConcurrentModificationException异常解决办法

对ArrayList集合修改次数modCount加锁或使用CopyOnWriteArrayList替换ArrayList,建议使用CopyOnWriteArrayList

什么是CopyOnWriteArrayList

看名字就知道,在往集合写操作的时候,复制集合;更具体地说,是在对集合结构进行修改的操作时,复制一个新的集合,然后在新的集合里进行结构修改(插入、删除),修改完成之后,改变原先集合的引用为新集合即可;

CopyOnWriteArrayList补充说明

CopyOnWriteArrayList类实现List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable接口

与ArrayList功能类似,同样是基于动态数组实现的集合;

使用CopyOnWriteArrayList迭代器遍历的时候,读取的数据并不是实时的;

每次对集合结构进行修改时,都需要拷贝数据,占用内存较大;

源码查看

先看个简单的例子,add方法,如下,调用了Arrays.copyOf方法,拷贝旧数组到新数组,然后修改新数组的值,并修改集合的引用:

  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();    }  }

再查看CopyOnWriteArrayList迭代器类的实现,部分代码如下, 在创建COWIterator迭代器的时候,需要将集合内部数组的引用传给迭代器对象,由于在集合修改的时候,操作都是针对新的拷贝数组,所以迭代器内部旧数组对象不会改变,保证迭代期间数据不会混乱(虽然不是实时的数据):

  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;    }    ........

结果验证

利用前面抛出ConcurrentModificationException的例子,验证使用CopyOnWriteArrayList,

首先,创建一个t1线程,循环往集合插入数据,另外主线程获取集合迭代器遍历集合,代码如下,成功运行,并打印出了旧集合的数据。

package com.pichen.basis.col;import java.util.Iterator;import java.util.List;import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;class ThreadTest implements Runnable{  private List<Integer> list;  public ThreadTest(List<Integer> list) {    this.list = list;  }  @Override  public void run() {    while(true){      try {        Thread.sleep(500);      } catch (InterruptedException e) {        e.printStackTrace();      }      this.list.add(10);    }  }}public class Main {  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {    List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<Integer>();    for(int i = 0; i < 10; i++){      list.add(i);    }    ThreadTest t1 = new ThreadTest(list);    new Thread(t1).start();    Iterator<Integer> iterator = list.iterator();    while(iterator.hasNext()){      System.out.print(iterator.next() + " ");      Thread.sleep(80);    }  }}