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fail-fast與fail-safe在Java集合中的應(yīng)用

Drummor / 3538人閱讀

摘要：與在迭代器中的設(shè)計(jì)在中，最典型的與就是關(guān)于迭代器的設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)是，迭代器不能正確及時(shí)的反應(yīng)集合中的內(nèi)容，而且一定程度上也增加了內(nèi)存的消耗。

fail-fast與fail-safe簡介

如果一個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)有異?；蛘咤e(cuò)誤發(fā)生時(shí)就立即中斷執(zhí)行，這種設(shè)計(jì)稱之為fail-fast。相反如果我們的系統(tǒng)可以在某種異?；蛘咤e(cuò)誤發(fā)生時(shí)繼續(xù)執(zhí)行，不會(huì)被中斷，這種設(shè)計(jì)稱之為fail-safe。

fail-fast與fail-safe在Java迭代器中的設(shè)計(jì)

在Java中，最典型的fail-fast與fail-safe就是關(guān)于迭代器的設(shè)計(jì)。通常情況下，那些線程不安全的集合類產(chǎn)生的迭代器都是fail-fast的，而線程安全的集合類產(chǎn)生的迭代器是fail-safe的。fail-fast的迭代器會(huì)在迭代過程中，如果你修改了集合類里的內(nèi)容，則會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常。fail-safe的迭代器則可以在迭代過程中任意修改集合類的內(nèi)容，不會(huì)有異常拋出。

Java的fail-fast迭代器

前面說過，線程安全的集合類產(chǎn)生的迭代器是基于fail-fast設(shè)計(jì)的，例如ArrayList。這種迭代器迭代過程中是直接訪問原數(shù)據(jù)信息的，所以當(dāng)原集合內(nèi)容修改了后，迭代器不能保證正確的迭代過程。代碼示例如下：

    public static void failFast() {

        List list = new ArrayList<>();

        list.add("item-1");
        list.add("item-2");
        list.add("item-3");
        list.add("item-4");

        Iterator it = list.iterator();

        while (it.hasNext()) {
            String item = it.next();
            System.out.println(item);
            list.add("itme-5"); // 下次迭代時(shí)會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常
        }

    }

通過分析ArrayList源碼可以看出，當(dāng)對(duì)ArrayList做添加或者刪除元素的操作時(shí)，都會(huì)修改modCount這個(gè)變量，而ArrayList的迭代器每次迭代的時(shí)候，又都回去檢查當(dāng)前modCount和迭代器產(chǎn)生時(shí)的expectedModCount變量是否相等，如果不等就會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常。

protected transient int modCount = 0;

public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    // 上面那個(gè)方法調(diào)用后會(huì)修改modCount
    ....
}


// ArrayList的迭代器

private class Itr implements Iterator {

    public E next() {
        checkForComodification();
        ...
    }

    final void checkForComodification() {
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
    }
    
    ...
}
Java的fail-safe迭代器

對(duì)于那些線程安全的集合類，在調(diào)用iterator方法產(chǎn)生迭代器的時(shí)候，會(huì)將當(dāng)前集合的素有元素都做一個(gè)快照，即復(fù)制一份副本。每次迭代的時(shí)候都是訪問這個(gè)快照內(nèi)的元素，而不是原集合的元素。代碼示例如下：

    public static void failSafe() {

        List list = new CopyOnWriteArrayList<>();

        list.add("item-1");
        list.add("item-2");
        list.add("item-3");
        list.add("item-4");

        Iterator it = list.iterator();

        while (it.hasNext()) {
            String item = it.next();
            System.out.println(item);
            list.add("itme-5");
        }

        System.out.println(list.size()); // 會(huì)打印出來8，迭代四次，四個(gè)新元素插入到了集合中。
    }

這種設(shè)計(jì)的好處是保證了在多線程操縱同一個(gè)集合的時(shí)候，不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)線程修改了集合，而影響其他正在迭代訪問集合的線程。缺點(diǎn)是，迭代器不能正確及時(shí)的反應(yīng)集合中的內(nèi)容，而且一定程度上也增加了內(nèi)存的消耗。

迭代器小提示

如果用Java的for loop來訪問集合，原理上還是用迭代器的方式，所以下面的代碼同樣會(huì)拋出ConcurrentModificationException異常。

        List list = new ArrayList<>();

        list.add("item-1");
        list.add("item-2");
        list.add("item-3");
        list.add("item-4");
        
        for (String item : list) {
            System.err.println(item);
            list.add("itme-5");
        }

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