fail-safe 和 fail-fast 都是什么鬼？

Posted 2021-09-21 Java技术栈

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你真的了解 fail-fast 和 fail-safe 吗？????

简介

java.util   包下的 属于  fail-fast    , 快速失败~ ????    

java.util.concurrent   包下的 属于  fail-safe   ，安全失败~ ????

简单来说 就是    fail-fast   在迭代时，如果发现 该集合数据 结构被改变 (modCount != expectedModCount)，就会 抛出 ConcurrentModificationException  

小伙伴们可以参考下 下面的代码简单实验一下~ ????

fail-fast 实验代码

实验对象是 Hashtable，这里采用 jdk1.7 的写法 ~  

因为博主还在研究 下文中 ConcurrentHashMap 在7和8中有啥不一样 ????

class E implements Runnable{

    Hashtable<String, String> hashtable;

    public E(Hashtable<String, String> hashtable) {
        this.hashtable = hashtable;
    }

    private void add(Hashtable<String, String> hashtable){
        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            hashtable.put("a",""+i);
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        add(hashtable);
    }
}

public class D {


    public static void main(String[] args) {
        Hashtable<String, String> hashtable = new Hashtable<String, String>();
        hashtable.put("1","2");
        hashtable.put("2","2");
        hashtable.put("3","2");
        hashtable.put("4","2");
        hashtable.put("15","2");


        new Thread(new E(hashtable)).start();

        Set<Map.Entry<String, String>> entries = hashtable.entrySet();
        Iterator<Map.Entry<String, String>> iterator = entries.iterator();
        try {
            Thread.sleep(10);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        while (iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
            iterator.remove();
        }
    }
}

效果如图：

触发的原理：

当集合数据结构发生变化时，这两个值是不相等的，所以会抛出该异常~ 。

结论:

虽然 HashTable 是 线程安全的  , 但是它有  fail-fast 机制  ，所以在多线程情况下进行 迭代 也不能去修改它的数据结构！

fail-fast 机制 不允许并发修改！ 

fail-safe  实验代码

class E implements Runnable{

    ConcurrentHashMap<String, String> concurrentHashMap;

    public E(ConcurrentHashMap<String, String> concurrentHashMap) {
        this.concurrentHashMap = concurrentHashMap;
    }

    private void add( ConcurrentHashMap<String, String> concurrentHashMap){
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            concurrentHashMap.put("a"+i,""+i);
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        add(concurrentHashMap);
    }
}
public class D {



    public static void main(String[] args) {

        ConcurrentHashMap<String, String> concurrentHashMap = new ConcurrentHashMap<String, String>();

        concurrentHashMap.put("1","2");
        concurrentHashMap.put("2","2");
        concurrentHashMap.put("3","2");
        concurrentHashMap.put("4","2");
        concurrentHashMap.put("15","2");

        new Thread(new E(concurrentHashMap)).start();
        try {
            Thread.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        Set<Map.Entry<String, String>> entries = concurrentHashMap.entrySet();


        for (Map.Entry<String, String> entry : entries) {
            System.out.println(entry);
//            这里不用调用 iterator 去 remove
            concurrentHashMap.remove(entry.getKey());
        }

    }
}

效果如图：

代码运行讲解，线程A 往里加数据，线程B 遍历它的数据，并删除。

可以看到这里并没有报错~，但是它也不能保证遍历到所有的值 （可以理解为无法获取到最新的值）

有没有感受到一丝丝 安全失败的感觉~ ????

哈哈哈 它的特点就是  ???? 允许并发修改，不会抛出 ConcurrentModificationException ，但是无法保证拿到的是最新的值

不知道小伙伴们看完上面的实验代码有没有疑惑

(・∀・(・∀・(・∀・*)

为什么可以调用它自身的 remove 呢？

别急~ 我们先来看看使用这个迭代器中发生了什么？

源码走起~

小伙伴们可以看看下面四张图~

创建迭代器的过程

从 图一 可以看到会去创造一个 EntryIterator， 而 它又 继承了 HashIterator ，在初始化时，会先调用父类的构造器。

从 图三 可以发现  HashIterator  在初始化 时，会去调用 advance 方法 （这里就不展开这个 concurrentHashMap结构啦~ ） 这里的重点在最后一张图 ， 它调用的是 UNSAFE.getObjectVolatile 。

它的作用是 强制从主存中获取属性值。 

小伙伴们可以自行对比下 HashMap 或者 上面的 HashTable，他们都是直接 拿到代码中定义的这个 Entry[]~。????

不知道小伙伴们 get 得到这个点没有~  

哈哈哈 容我唠叨唠叨一下~ ????

4ye 在网上搜这个 fail-fast 和  fail-safe 的区别时，看到下面这张图。

几乎都在说 fail-safe 会复制原来的集合，然后在复制出来的集合上进行操作，然后就说这样是不会抛出 ConcurrentModificationException 异常了。

可是这种说法是 不严谨的~ ????  它描述的情况应该是针对这个  CopyOnWriteArrayList  或者 CopyOnWriteArraySet 的情况（下面的源码讲到~）

CopyOnWriteArrayList  源码

可以发现这里 snapshot 的指针是始终指向这个原数组的（当你创建迭代器的时候）

当你添加数据时，它会复制原来的数组，并在复制出来的数组上进行修改，

然后再设置进去，可以发现至始至终都没有修改到这个原数组，

所以迭代器中的数据是不受影响的~????

结论

fail-safe  也是得具体情况具体分析的。

1. 如果是  CopyOnWriteArrayList  或者 CopyOnWriteArraySet  ，就属于 复制原来的集合，然后在复制出来的集合上进行操作 的情况 ，所以是不会抛出这个 ConcurrentModificationException  的 。

2. 如果是这个 concurrentHashMap 的，就比较硬核了~ ???? 它直接操作底层，调用UNSAFE.getObjectVolatile  ，直接  强制从主存中获取属性值，也是不会抛出这个 ConcurrentModificationException  的 。

3. 并发下，无法保证 遍历时拿到的是最新的值~

---

嘿嘿 现在回答上面那个 为啥可以 remove 的问题啦~

remove 的源码如下

重点在红框处， pred 为 null 表示是数组的头部，此时调用 setEntryAt ，这里也是出现了这个  UNSAFE ????

UNSAFE.putOrderedObject 这段代码的意思就是 ：

有序的（有延迟的） 强制 更新数据到 主内存。（不能立刻被其他线程发现） 

这些 和 Java 的 JMM （Java内存模型）有关！   

总结

java.util 包下的属于fail-fast ，

特点：

不允许并发修改，如果并发修改的话会导致在迭代过程中抛出 ConcurrentModificationException  ，

触发点是 modCount != expectedModCount 。????

java.util.concurrent 包下的 属于  fail-safe  ，

特点：

允许并发修改，但是 无法保证在迭代过程中获取到最新的值 。 ????  

concurrentHashMap  获取和修改数据时 ，是通过 UNSAFE 类 直接从主内存中获取或者更新数据到主内存~

CopyOnWriteArrayList  或者 CopyOnWriteArraySet  ，就直接 复制原来的集合，然后在复制出来的集合上进行操作 。

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