Java中快速失败(fail-fast)和安全失败(fail-safe)的区别?

Posted 2021-02-22 WK_BlogYard

Java基础之快速失败(fail-fast)和安全失败(fail-safe)的区别

快速失败（fail—fast）:

　　在用迭代器遍历一个集合对象时，如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改（增加、删除、修改），则会抛出Concurrent Modification Exception。

       原理：迭代器在遍历时直接访问集合中的内容，并且在遍历过程中使用一个 modCount 变量。集合在被遍历期间如果内容发生变化，就会改变modCount的值。每当迭代器使用hashNext()/next()遍历下一个元素之前，都会检测modCount变量是否为expectedmodCount值，是的话就返回遍历；否则抛出异常，终止遍历。

      注意：这里异常的抛出条件是检测到 modCount！=expectedmodCount 这个条件。如果集合发生变化时修改modCount值刚好又设置为了expectedmodCount值，则异常不会抛出。因此，不能依赖于这个异常是否抛出而进行并发操作的编程，这个异常只建议用于检测并发修改的bug。

　　场景：java.util包下的集合类都是快速失败的，不能在多线程下发生并发修改（迭代过程中被修改）。

安全失败（fail—safe）:

　　采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。

      原理：由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历，所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到，所以不会触发Concurrent Modification Exception。

      缺点：基于拷贝内容的优点是避免了Concurrent Modification Exception，但同样地，迭代器并不能访问到修改后的内容，即：迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝，在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的。

     场景：java.util.concurrent包下的容器都是安全失败，可以在多线程下并发使用，并发修改。

那么平常我们如何去规避这种情况呢？

　　这里有两种解决方案：

　　方案一：在遍历过程中所有涉及到改变modCount值得地方全部加上synchronized或者直接使用Collections.synchronizedList（不推荐）

　　方案二：使用CopyOnWriteArrayList来替换ArrayList。

　　CopyOnWriteArrayList为什么能解决这个问题呢？CopyOnWrite容器即写时复制的容器。通俗的理解是当我们往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器。CopyOnWriteArrayList中add/remove等写方法是需要加锁的，目的是为了避免Copy出N个副本出来，导致并发写。但是。CopyOnWriteArrayList中的读方法是没有加锁的。

　　我们只需要记住一句话，那就是CopyOnWriteArrayList是线程安全的，所以我们在多线程的环境下面需要去使用这个就可以了。关于CopyOnWriteArrayList更加深入的用法，会在以后的章节中去解释说明。

fail-fast快速失败案例:

 1 public class FailFastDemo {
 2     private static List<String> list = new ArrayList<String>();
 3 
 4     public static void main(String[] args) {
 5         //两个线程对同一个ArrayList进行操作
 6         new ThreadOne().start();
 7         new ThreadTwo().start();
 8     }
 9     //输出list中的值
10     private static void printAll(){
11         try {
12             String value = null;
13             Iterator iterator = list.iterator();
14             while (iterator.hasNext()){
15                 value = (String) iterator.next();
16                 System.out.println("list 中的值:"+value);
17                 Thread.sleep(1000);
18             }
19         } catch (InterruptedException e) {
20             e.printStackTrace();
21         }
22     }
23     //线程一:向list中依次添加数据,然后printAll整个list
24     private static class ThreadOne extends Thread{
25         public void run() {
26             for (int i = 0; i < 6; i++) {
27                 list.add(String.valueOf("线程一:Java的架构师技术栈"+i));
28                 printAll();
29             }
30         }
31     }
32     //线程二:对ArrayList进行同样的操作
33     private static class ThreadTwo extends Thread{
34         public void run() {
35             for (int i = 0; i < 6; i++) {
36                 list.add(String.valueOf("线程二:Java的架构师技术栈"+i));
37                 printAll();
38             }
39         }
40     }
41 }

 更改后:使用CopyOnWriteArrayList替代ArrayList来避免异常发生

 1 public class FailFastDemo {
 2 //    private static List<String> list = new ArrayList<String>();
 3     //使用CopyOnWriteArrayList替代ArrayList
 4     private static List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();
 5     public static void main(String[] args) {
 6         //两个线程对同一个ArrayList进行操作
 7         new ThreadOne().start();
 8         new ThreadTwo().start();
 9     }
10     //输出list中的值
11     private static void printAll(){
12         try {
13             String value = null;
14             Iterator iterator = list.iterator();
15             while (iterator.hasNext()){
16                 value = (String) iterator.next();
17                 System.out.println("list 中的值:"+value);
18                 Thread.sleep(1000);
19             }
20         } catch (InterruptedException e) {
21             e.printStackTrace();
22         }
23     }
24     //线程一:向list中依次添加数据,然后printAll整个list
25     private static class ThreadOne extends Thread{
26         public void run() {
27             for (int i = 0; i < 6; i++) {
28                 list.add(String.valueOf("线程一:Java的架构师技术栈"+i));
29                 printAll();
30             }
31         }
32     }
33     //线程二:对ArrayList进行同样的操作
34     private static class ThreadTwo extends Thread{
35         public void run() {
36             for (int i = 0; i < 6; i++) {
37                 list.add(String.valueOf("线程二:Java的架构师技术栈"+i));
38                 printAll();
39             }
40         }
41     }
42 }

运行结果无异常: