在阿里巴巴Java开发手册中,有这样一条规定:
1、foreach循环
foreach循环(Foreach loop)是计算机编程语言中的一种控制流程语句,通常用来循环遍历数组或集合中的元素。
Java语言从JDK 1.5.0开始引入foreach循环。在遍历数组、集合方面,foreach为开发人员提供了极大的方便。使用foreach语法遍历集合或者数组的时候,可以起到和普通for循环同样的效果,并且代码更加简洁。所以,foreach循环也通常也被称为增强for循环。
增强for循环的原理是什么?原本的增强for循环,其实是依赖了while循环和Iterator实现的。
2、问题重现
以上代码,使用增强for循环遍历元素,并尝试删除其中的元素。会抛出以下异常:
java.util.ConcurrentModificationException
同样的,读者可以尝试下在增强for循环中使用add方法添加元素,结果也会同样抛出该异常。
之所以会出现这个异常,是因为触发了一个Java集合的错误检测机制——fail-fast 。
3、fail-fast
接下来,我们就来分析下在增强for循环中add/remove元素的时候会抛出java.util.ConcurrentModificationException的原因,即解释下到底什么是fail-fast进制,fail-fast的原理等。
fail-fast,即快速失败,它是Java集合的一种错误检测机制。当多个线程对集合(非fail-safe的集合类)进行结构上的改变的操作时,有可能会产生fail-fast机制,这个时候就会抛出ConcurrentModificationException(当方法检测到对象的并发修改,但不允许这种修改时就抛出该异常)。
同时需要注意的是,即使不是多线程环境,如果单线程违反了规则,同样也有可能会抛出改异常。
4、在增强for循环进行元素删除,是如何违反了规则的呢?
要分析这个问题,我们先将增强for循环这个语法糖进行解糖(使用jad对编译后的class文件进行反编译)然后运行代码,同样会抛出异常。我们来看一下ConcurrentModificationException的完整堆栈:
通过异常堆栈我们可以到,异常发生的调用链ForEachDemo的第23行,Iterator.next
调用了Iterator.checkForComodification
方法 ,而异常就是checkForComodification方法中抛出的。
其实,经过debug后,我们可以发现,如果remove代码没有被执行过,iterator.next这一行是一直没报错的。抛异常的时机也正是remove执行之后的的那一次next方法的调用。
我们直接看下checkForComodification方法的代码,看下抛出异常的原因:
代码比较简单,modCount != expectedModCount
的时候,就会抛出ConcurrentModificationException
。
通过翻源码,我们可以发现:
-
modCount是ArrayList中的一个成员变量。它表示该集合实际被修改的次数。
-
expectedModCount 是 ArrayList中的一个内部类——Itr中的成员变量。expectedModCount表示这个迭代器期望该集合被修改的次数。其值是在ArrayList.iterator方法被调用的时候初始化的。只有通过迭代器对集合进行操作,该值才会改变。
-
Itr是一个Iterator的实现,使用ArrayList.iterator方法获取到的迭代器就是Itr类的实例。
其实,看到这里,大概很多人都能猜到为什么remove/add 操作之后,会导致expectedModCount和modCount不相等了。
通过翻阅代码,我们也可以发现,remove方法核心逻辑如下:
可以看到,它只修改了modCount,并没有对expectedModCount做任何操作。
简单总结一下,之所以会抛出ConcurrentModificationException异常,是因为我们的代码中使用了增强for循环,而在增强for循环中,集合遍历是通过iterator进行的,但是元素的add/remove却是直接使用的集合类自己的方法。这就导致iterator在遍历的时候,会发现有一个元素在自己不知不觉的情况下就被删除/添加了,就会抛出一个异常,用来提示用户,可能发生了并发修改。
5、正确姿势
1)、直接使用普通for循环进行操作
我们说不能在foreach中进行,但是使用普通的for循环还是可以的,因为普通for循环并没有用到Iterator的遍历,所以压根就没有进行fail-fast的检验。
2)、直接使用Iterator进行操作
除了直接使用普通for循环以外,我们还可以直接使用Iterator提供的remove方法。
如果直接使用Iterator提供的remove方法,那么就可以修改到expectedModCount的值。那么就不会再抛出异常了。其实现代码如下:
3)、使用Java 8中提供的filter过滤
Java 8中可以把集合转换成流,对于流有一种filter操作, 可以对原始 Stream 进行某项测试,通过测试的元素被留下来生成一个新 Stream。案列
4)、直接使用fail-safe的集合类
在Java中,除了一些普通的集合类以外,还有一些采用了fail-safe机制的集合类(ConcurrentArrayList)。这样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ConcurrentModificationException。
基于拷贝内容的优点是避免了ConcurrentModificationException,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。
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。
以上这四种方式都可以避免触发fail-fast机制,避免抛出异常。如果是并发场景,建议使用concurrent包中的容器,如果是单线程场景,Java8之前的代码中,建议使用Iterator进行元素删除,Java8及更新的版本中,可以考虑使用Stream及filter。
总结
我们使用的增强for循环,其实是Java提供的语法糖,其实现原理是借助Iterator进行元素的遍历。
但是如果在遍历过程中,不通过Iterator,而是通过集合类自身的方法对集合进行添加/删除操作。那么在Iterator进行下一次的遍历时,经检测发现有一次集合的修改操作并未通过自身进行,那么可能是发生了并发被其他线程执行的,这时候就会抛出异常,来提示用户可能发生了并发修改,这就是所谓的fail-fast机制。
当然还是有很多种方法可以解决这类问题的。比如使用普通for循环、使用Iterator进行元素删除、使用Stream的filter、使用fail-safe的类等。
来源:oschina
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