Java并发-ConcurrentModificationException原因源码分析与解决办法

Posted 2021-01-12 程序员自我修养张振力

一、异常原因与异常源码分析

　　对集合（List、Set、Map）迭代时对其进行修改就会出现java.util.ConcurrentModificationException异常。这里以ArrayList为例，例如下面的代码：

ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("1");
list.add("2");
list.add("3");
//遍历1
for (String s : list){
    if (s.equals( "3")) {
        list.remove(s);  // error
    }
}
//遍历2
Iterator<String> it = list.iterator();
for (; it.hasNext();) {
    String value =  it.next();
    if (value.equals("3")) {
        list.remove(value);  // error
    }
}

　　ArrayList类中包含了实现Iterator迭代器的内部类Itr，在Itr类内部维护了一个expectedModCount变量，而在ArrayList类中维护一个modCount变量（modCount是ArrayList实现AbstractList类得到成员变量）。其他集合（List、Set、Map）都与之类似。

 

 

　　当对集合进行添加或者删除操作时modCount的值都会进行modCount++操作，例如ArrayList中的remove()方法：

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
}

　　当集合添加完值后，对集合进行遍历时才会创建Itr对象，这时候会执行int expectedModCount = modCount;操作，也就是说只要是在增加或删除后对集合进行遍历，那expectedModCount 与modCount永远是相等的。

　　但是如果在遍历的过程中进行增加或删除操作那么modCount++，但是expectedModCount保存的还是遍历前的值，也就是expectedModCount和modCount的值是不相等的。

　　遍历过程中会调用iterator的next()方法，next()方法方法会首先调用checkForComodification()方法来验证expectedModCount和modCount是否相等，因为之前做了增加或删除操作，modCount的值发生了变化，所以expectedModCount和modCount不相等，抛出ConcurrentModificationException异常。

public E next() {
    checkForComodification();
    int i = cursor;
    if (i >= size)
        throw new NoSuchElementException();
    Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
    if (i >= elementData.length)
        throw new ConcurrentModificationException();
    cursor = i + 1;
    return (E) elementData[lastRet = i];
}
final void checkForComodification() {
    if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
}

二、单线程解决方案

1、迭代器删除

　　在Itr类中也给出了一个remove()方法，通过调用Itr类的方法就可以实现而且不报错，例如下面代码：

ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("1");
list.add("2");
list.add("3");
list.add("4");
list.remove("4");
//遍历2
Iterator<String> it = list.iterator();
for (; it.hasNext();) {
    String value =  it.next();
    if (value.equals("3")) {
        it.remove();  
    }
}

　　在Itr类中remove()方法中，执行了expectedModCount = modCount操作，那么执行next()方法时expectedModCount和modCount肯定相等，Itr类中remove()方法的源码：

public void remove() {
    if (lastRet == -1)
    throw new IllegalStateException();
       checkForComodification();
 
    try {
    AbstractList.this.remove(lastRet);
    if (lastRet < cursor)
        cursor--;
    lastRet = -1;
    expectedModCount = modCount;
    } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
    throw new ConcurrentModificationException();
    }
}

2、其他的方式

 // 2 建一个集合，记录需要删除的元素，之后统一删除             
List<string> templist = new ArrayList<string>();
 for (String value : myList) {
      if (value.equals( "3")) {
          templist.remove(value);
     }
}
 // 可以查看removeAll源码，其中使用Iterator进行遍历
myList.removeAll(templist);
System. out.println( "List Value:" + myList.toString());        
 
  // 3. 使用线程安全CopyOnWriteArrayList进行删除操作
List<string> myList = new CopyOnWriteArrayList<string>();
myList.add( "1");
myList.add( "2");
myList.add( "3");
myList.add( "4");
myList.add( "5");
 
Iterator<string> it = myList.iterator();
 
 while (it.hasNext()) {
     String value = it.next();
      if (value.equals( "3")) {
          myList.remove( "4");
          myList.add( "6");
          myList.add( "7");
     }
}
System. out.println( "List Value:" + myList.toString());
 
 // 4. 不使用Iterator进行遍历，需要注意的是自己保证索引正常
 for ( int i = 0; i < myList.size(); i++) {
     String value = myList.get(i);
     System. out.println( "List Value:" + value);
      if (value.equals( "3")) {
          myList.remove(value);  // ok
          i--; // 因为位置发生改变，所以必须修改i的位置
     }
}

三、多线程解决方案

1、多线程下异常原因

　　多线程下ArrayLis用Itr类中remove()方法也是会报异常的，Vector（线程安全）也会出现这种错误，具体原因如下：

　　Itr是在遍历的时候创建的，也就是每个线程如果遍历都会得到一个expectedModCount ，expectedModCount 也就是每个线程私有的，假若此时有2个线程，线程1在进行遍历，线程2在进行修改，那么很有可能导致线程2修改后导致Vector中的modCount自增了，线程2的expectedModCount也自增了，但是线程1的expectedModCount没有自增，此时线程1遍历时就会出现expectedModCount不等于modCount的情况了。

2、尝试方案

(1) 在所有遍历增删地方都加上synchronized或者使用Collections.synchronizedList，虽然能解决问题但是并不推荐，因为增删造成的同步锁可能会阻塞遍历操作。
(2) 推荐使用ConcurrentHashMap或者CopyOnWriteArrayList。

3、CopyOnWriteArrayList使用注意

(1) CopyOnWriteArrayList不能使用Iterator.remove()进行删除。
(2) CopyOnWriteArrayList使用Iterator且使用List.remove(Object);会出现如下异常：

CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
list.add("1");
list.add("2");
list.add("3");
list.add("4");

Iterator<String> it = list.iterator();
for (; it.hasNext();) {
    String value =  it.next();
    if (value.equals("4")) {
        it.remove();  // error
    }
}

Exception in thread "main" java.lang.UnsupportedOperationException
    at java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList$COWIterator.remove(CopyOnWriteArrayList.java:1040)
    at TestZzl.main(TestZzl.java:51)

4、最终解决方案

List<string> myList = new CopyOnWriteArrayList<string>();
 myList.add( "1");
 myList.add( "2");
 myList.add( "3");
 myList.add( "4");
 myList.add( "5");
 
new Thread(new Runnable() {
   
     @Override
     public void run() {
          for (String string : myList) {
               System.out.println("遍历集合 value = " + string);
             
               try {
                    Thread.sleep(100);
               } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
               }
          }
     }
}).start();
 
new Thread(new Runnable() {
   
     @Override
     public void run() {
          for (int i = 0; i < myList.size(); i++) {
               String value = myList.get(i);
             
               System.out.println("删除元素 value = " + value);
         
           if (value.equals( "3")) {
                myList.remove(value);
                i--; // 注意                           
           }
           try {
                    Thread.sleep(100);
               } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
               }
          }
     }
}).start();

后续会具体分析一下CopyOnWriteArrayList

参考：

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

https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3933551.html