通过ArrayList对modCount的操作分析fail-fast 机制

Posted 2021-01-04 nextlight

AbstractList类中有一个属性

protected transient int modCount = 0;

api中对它的描述是：

• 此列表已被结构修改的次数。 结构修改是改变列表大小的那些修改，或以其他方式扰乱它，使得正在进行的迭代可能产生不正确的结果。
• 该字段由迭代器和列表迭代器实现使用，由iterator和listIterator方法返回。 如果该字段的值意外更改，迭代器（或列表迭代器）将抛出一个ConcurrentModificationException响应next ， remove ， previous ， set或add操作。 这提供了fail-fast行为，而不是面对在迭代期间的并发修改的非确定性行为

我的理解是，modCount表示了当前列表结构被修改的次数，在调用迭代器操作时，则会检查这个值，如果发现已更改，抛出异常

不过需要注意的是transient修饰意味着这个属性不会被序列化，而且modCount并没有被voliate修饰，也就是它不能保证在线程之间是可见的

 

从ArraytList源码中可以发现，add,remove,clear等方法实现时，均添加了modCount++;操作，例如clear方法：

public void clear() {
        modCount++;

        // clear to let GC do its work
        for (int i = 0; i < size; i++)
            elementData[i] = null;

        size = 0;
    }

在arraylist中调用迭代器是通过内部类实现的：

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

在这个内部类中，同样维护了一个类似modCount的变量

int expectedModCount = modCount;

并提供了检测方法

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

这个检测方法在迭代器中类似next方法里面作为首先需要判断的条件

@SuppressWarnings("unchecked")
        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];
        }

我们综合以上，就可以得出，

在使用迭代器遍历arraylist时，会初始化一个和modCount相等的变量，如果在迭代过程中，arraylist中发生了类似add这种改变结构的操作(modCount改变)，导致modCount != expectedModCount，那么会抛出一个异常ConcurrentModificationException，即产生fail-fast事件

 

产生fail-fast有两种原因:

1.单线程情况下，迭代的过程中，调用类似add方法，但是一般不会这样做

　　　　 ArrayList<Integer> al = new ArrayList<>();
        for(int i=0;i<10;i++)
            al.add(i);
        Iterator<Integer> it = al.iterator();
        while(it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next());
            if(!it.hasNext())
                al.add(10);
        }    

 

2.主要发生在多线程情况下，例如让线程1迭代，线程2修改，就有可能会出现

        final ArrayList<Integer> al = new ArrayList<>();
        for(int i=0;i<10;i++)
            al.add(i);    
        
        new Thread(new Runnable() {            
            @Override
            public void run() {
                Iterator<Integer> it = al.iterator();
                while(it.hasNext()) {
                    System.out.print(it.next()+" ");
                }                
            }
        }).start();        
        new Thread(new Runnable() {                    
                    @Override
                    public void run() {
                        al.remove(6);        
                    }                    
        }).start();
    

 

如果抛出异常，就类似这个样子：

0 1 Exception in thread "Thread-0" java.util.ConcurrentModificationException
    at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:909)
    at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:859)
    at com.rw.importword.utils.Text$1.run(Text.java:19)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

 

但是也有可能不抛出异常：

 

根据输出结果来看，al的结构已经改变，但是没有抛出异常

至于原因我想是：

modCount没有被voliate修饰，在线程之间不可见，可能某一个时机，线程2中remove操作改变的modCount值并没有及时写到内存中，线程1中迭代器获取的modCount值仍然是之前的值

 

由此可以得出，fail-fast机制，是一种错误检测机制。它只能被用来检测错误，因为JDK并不保证fail-fast机制一定会发生。