Java并发--ConcurrentModificationException（并发修改异常）异常原因和解决方法

Posted 2020-10-10 一頁書

　　在前面一篇文章中提到，对Vector、ArrayList在迭代的时候如果同时对其进行修改就会抛出java.util.ConcurrentModificationException异常。下面我们就来讨论以下这个异常出现的原因以及解决办法。

　　以下是本文目录大纲：

　　一.ConcurrentModificationException异常出现的原因

　　二.在单线程环境下的解决办法

　　三.在多线程环境下的解决方法

　　转载原文链接：http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3933551.html

一.ConcurrentModificationException异常出现的原因

　　先看下面这段代码：

 1 public class Test {
 2     public static void main(String[] args)  {
 3         ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
 4         list.add(2);
 5         Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
 6         while(iterator.hasNext()){
 7             Integer integer = iterator.next();
 8             if(integer==2)
 9                 list.remove(integer);
10         }
11     }
12 }

运行结果：

　　

　　从异常信息可以发现，异常出现在checkForComodification()方法中。

　　我们不忙看checkForComodification()方法的具体实现，我们先根据程序的代码一步一步看ArrayList源码的实现：

　　首先看ArrayList的iterator()方法的具体实现，查看源码发现在ArrayList的源码中并没有iterator()这个方法，那么很显然这个方法应该是其父类或者实现的接口中的方法，我们在其父类AbstractList中找到了iterator()方法的具体实现，下面是其实现代码：

public Iterator<E> iterator() {
    return new Itr();
}

从这段代码可以看出返回的是一个指向Itr类型对象的引用，我们接着看Itr的具体实现，在AbstractList类中找到了Itr类的具体实现，它是AbstractList的一个成员内部类，下面这段代码是Itr类的所有实现：

 1 private class Itr implements Iterator<E> {
 2     int cursor = 0;
 3     int lastRet = -1;
 4     int expectedModCount = modCount;
 5     public boolean hasNext() {
 6            return cursor != size();
 7     }
 8     public E next() {
 9            checkForComodification();
10         try {
11         E next = get(cursor);
12         lastRet = cursor++;
13         return next;
14         } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
15         checkForComodification();
16         throw new NoSuchElementException();
17         }
18     }
19     public void remove() {
20         if (lastRet == -1)
21         throw new IllegalStateException();
22            checkForComodification();
23  
24         try {
25         AbstractList.this.remove(lastRet);
26         if (lastRet < cursor)
27             cursor--;
28         lastRet = -1;
29         expectedModCount = modCount;
30         } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
31         throw new ConcurrentModificationException();
32         }
33     }
34  
35     final void checkForComodification() {
36         if (modCount != expectedModCount)
37         throw new ConcurrentModificationException();
38     }
39 }

首先我们看一下它的几个成员变量：

　　cursor：表示下一个要访问的元素的索引，从next()方法的具体实现就可看出

　　lastRet：表示上一个访问的元素的索引

　　expectedModCount：表示对ArrayList修改次数的期望值，它的初始值为modCount。

　　modCount是AbstractList类中的一个成员变量

protected transient int modCount = 0;

该值表示对List的修改次数，查看ArrayList的add()和remove()方法就可以发现，每次调用add()方法或者remove()方法就会对modCount进行加1操作。

　　好了，到这里我们再看看上面的程序：

　　当调用list.iterator()返回一个Iterator之后，通过Iterator的hashNext()方法判断是否还有元素未被访问，我们看一下hasNext()方法，hashNext()方法的实现很简单：

public boolean hasNext() {
    return cursor != size();
}

如果下一个访问的元素下标不等于ArrayList的大小，就表示有元素需要访问，这个很容易理解，如果下一个访问元素的下标等于ArrayList的大小，则肯定到达末尾了。

　　然后通过Iterator的next()方法获取到下标为0的元素，我们看一下next()方法的具体实现：

public E next() {
    checkForComodification();
 try {
    E next = get(cursor);
    lastRet = cursor++;
    return next;
 } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
    checkForComodification();
    throw new NoSuchElementException();
 }
}

这里是非常关键的地方：首先在next()方法中会调用checkForComodification()方法，然后根据cursor的值获取到元素，接着将cursor的值赋给lastRet，并对cursor的值进行加1操作。初始时，cursor为0，lastRet为-1，那么调用一次之后，cursor的值为1，lastRet的值为0。注意此时，modCount为0，expectedModCount也为0。

　　接着往下看，程序中判断当前元素的值是否为2，若为2，则调用list.remove()方法来删除该元素。

　　我们看一下在ArrayList中的remove()方法做了什么：

public boolean remove(Object o) {
    if (o == null) {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (elementData[index] == null) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    } else {
        for (int index = 0; index < size; index++)
            if (o.equals(elementData[index])) {
                fastRemove(index);
                return true;
            }
    }
    return false;
}
 
private void fastRemove(int index) {
    modCount++;
    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                numMoved);
    elementData[--size] = null; // Let gc do its work
}

通过remove方法删除元素最终是调用的fastRemove()方法，在fastRemove()方法中，首先对modCount进行加1操作（因为对集合修改了一次），然后接下来就是删除元素的操作，最后将size进行减1操作，并将引用置为null以方便垃圾收集器进行回收工作。

　　那么注意此时各个变量的值：对于iterator，其expectedModCount为0，cursor的值为1，lastRet的值为0。

　　对于list，其modCount为1，size为0。

　　接着看程序代码，执行完删除操作后，继续while循环，调用hasNext方法()判断，由于此时cursor为1，而size为0，那么返回true，所以继续执行while循环，然后继续调用iterator的next()方法：

　　注意，此时要注意next()方法中的第一句：checkForComodification()。

　　在checkForComodification方法中进行的操作是：

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

如果modCount不等于expectedModCount，则抛出ConcurrentModificationException异常。

　　很显然，此时modCount为1，而expectedModCount为0，因此程序就抛出了ConcurrentModificationException异常。

　　到这里，想必大家应该明白为何上述代码会抛出ConcurrentModificationException异常了。

　　关键点就在于：调用list.remove()方法导致modCount和expectedModCount的值不一致。

　　注意，像使用for-each进行迭代实际上也会出现这种问题。

二.在单线程环境下的解决办法

　　既然知道原因了，那么如何解决呢？

　　其实很简单，细心的朋友可能发现在Itr类中也给出了一个remove()方法：

 1 public void remove() {
 2     if (lastRet == -1)
 3     throw new IllegalStateException();
 4        checkForComodification();
 5  
 6     try {
 7     AbstractList.this.remove(lastRet);
 8     if (lastRet < cursor)
 9         cursor--;
10     lastRet = -1;
11     expectedModCount = modCount;
12     } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
13     throw new ConcurrentModificationException();
14     }
15 }

在这个方法中，删除元素实际上调用的就是list.remove()方法，但是它多了一个操作：

expectedModCount = modCount;

因此，在迭代器中如果要删除元素的话，需要调用Itr类的remove方法。

　　将上述代码改为下面这样就不会报错了：

public class Test {
    public static void main(String[] args)  {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        list.add(2);
        Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            Integer integer = iterator.next();
            if(integer==2)
                iterator.remove();   //注意这个地方
        }
    }
}

三.在多线程环境下的解决方法

　　上面的解决办法在单线程环境下适用，但是在多线程下适用吗？看下面一个例子：

 1 public class Test {
 2     static ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
 3     public static void main(String[] args)  {
 4         list.add(1);
 5         list.add(2);
 6         list.add(3);
 7         list.add(4);
 8         list.add(5);
 9         Thread thread1 = new Thread(){
10             public void run() {
11                 Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
12                 while(iterator.hasNext()){
13                     Integer integer = iterator.next();
14                     System.out.println(integer);
15                     try {
16                         Thread.sleep(100);
17                     } catch (InterruptedException e) {
18                         e.printStackTrace();
19                     }
20                 }
21             };
22         };
23         Thread thread2 = new Thread(){
24             public void run() {
25                 Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
26                 while(iterator.hasNext()){
27                     Integer integer = iterator.next();
28                     if(integer==2)
29                         iterator.remove(); 
30                 }
31             };
32         };
33         thread1.start();
34         thread2.start();
35     }
36 }

运行结果：

　　

　　有可能有朋友说ArrayList是非线程安全的容器，换成Vector就没问题了，实际上换成Vector还是会出现这种错误。

　　原因在于，虽然Vector的方法采用了synchronized进行了同步，但是由于Vector是继承的AbstarctList，因此通过Iterator来访问容器的话，事实上是不需要获取锁就可以访问。那么显然，由于使用iterator对容器进行访问不需要获取锁，在多线程中就会造成当一个线程删除了元素，由于modCount是AbstarctList的成员变量，因此可能会导致在其他线程中modCount和expectedModCount值不等。

　　就比如上面的代码中，很显然iterator是线程私有的，

　　初始时，线程1和线程2中的modCount、expectedModCount都为0，

　　当线程2通过iterator.remove()删除元素时，会修改modCount值为1，并且会修改线程2中的expectedModCount的值为1，

　　而此时线程1中的expectedModCount值为0，虽然modCount不是volatile变量，不保证线程1一定看得到线程2修改后的modCount的值，但是也有可能看得到线程2对modCount的修改，这样就有可能导致线程1中比较expectedModCount和modCount不等，而抛出异常。

　　因此一般有2种解决办法：

　　1）在使用iterator迭代的时候使用synchronized或者Lock进行同步；

　　2）使用并发容器CopyOnWriteArrayList代替ArrayList和Vector。

　　关于并发容器的内容将在下一篇文章中讲述。

　　参考资料：

　　http://blog.csdn.net/izard999/article/details/6708738

　　http://www.2cto.com/kf/201403/286536.html