fail-fast（快速失败）机制和fail-safe（安全失败）机制的介绍和区别

Posted 2021-05-07 u013533289

fail-fast和fail-safe的区别： 

fail-safe允许在遍历的过程中对容器中的数据进行修改，而fail-fast则不允许。

 

fail-fast ( 快速失败 )
fail-fast:直接在容器上进行遍历，在遍历过程中，一旦发现容器中的数据被修改了，会立刻抛出ConcurrentModificationException异常导致遍历失败。java.util包下的集合类都是快速失败机制的, 常见的的使用fail-fast方式遍历的容器有HashMap和ArrayList等。

在使用迭代器遍历一个集合对象时,比如增强for,如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改(增删改),会抛出ConcurrentModificationException 异常.

fail-fast的出现场景
在我们常见的java集合中就可能出现fail-fast机制,比如ArrayList，HashMap。在多线程和单线程环境下都有可能出现快速失败。

1、单线程环境下的fail-fast：
ArrayList发生fail-fast例子：

public static void main(String[] args) {
    List<String> list = new ArrayList<>();
    for (int i = 0 ; i < 10 ; i++ ) {
        list.add(i + "");
    }
    Iterator<String> iterator = list.iterator();
    int i = 0 ;
    while(iterator.hasNext()) {
        if (i == 3) {
             list.remove(3);
        }
        System.out.println(iterator.next());
        i ++;
    }
}

该段代码定义了一个Arraylist集合，并使用迭代器遍历，在遍历过程中，刻意在某一步迭代中remove一个元素，这个时候，就会发生fail-fast

 

2、多线程环境下：

public class FailFastTest {
     public static List<String> list = new ArrayList<>();
 
     private static class MyThread1 extends Thread {
           @Override
           public void run() {
                Iterator<String> iterator = list.iterator();
                while(iterator.hasNext()) {
                     String s = iterator.next();
                     System.out.println(this.getName() + ":" + s);
                     try {
                       Thread.sleep(1000);
                     } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                     }
                }
                super.run();
           }
     }
 
     private static class MyThread2 extends Thread {
           int i = 0;
           @Override
           public void run() {
                while (i < 10) {
                     System.out.println("thread2:" + i);
                     if (i == 2) {
                         list.remove(i);
                     }
                     try {
                         Thread.sleep(1000);
                     } catch (InterruptedException e) {
                         e.printStackTrace();
                     }
                     i ++;
                }
           }
     }
 
     public static void main(String[] args) {
           for(int i = 0 ; i < 10;i++){
               list.add(i+"");
           }
           MyThread1 thread1 = new MyThread1();
           MyThread2 thread2 = new MyThread2();
           thread1.setName("thread1");
           thread2.setName("thread2");
           thread1.start();
           thread2.start();
     }
}

 

fail-fast的原理：

fail-fast是如何抛出ConcurrentModificationException异常的，又是在什么情况下才会抛出?
我们知道，对于集合如list，map类，我们都可以通过迭代器来遍历，而Iterator其实只是一个接口，具体的实现还是要看具体的集合类中的内部类去实现Iterator并实现相关方法。这里我们就以ArrayList类为例。在ArrayList中，当调用list.iterator()时，其源码是： 

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

}

 

避免fail-fast的方法：

方法1
在单线程的遍历过程中，如果要进行remove操作，可以调用迭代器的remove方法而不是集合类的remove方法

方法2

使用fail-safe机制，使用java并发包(java.util.concurrent)中的CopyOnWriterArrayList类来代替ArrayList，使用 ConcurrentHashMap来代替hashMap。

 

fail-safe ( 安全失败 )
fail-safe:这种遍历基于容器的一个克隆。因此，对容器内容的修改不影响遍历。java.util.concurrent包下的容器都是安全失败的,可以在多线程下并发使用,并发修改。常见的的使用fail-safe方式遍历的容器有ConcerrentHashMap和CopyOnWriteArrayList等。

原理：

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。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。