fail-fast机制及CopyOnWriteArrayList的原理
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先看一个例子
class Te1 extends Thread
{
private List<Integer> list;
public Te1(List<Integer> list)
{
this.list = list;
}
public void run()
{
Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
int i = iterator.next();
}
}
}
class Te2 extends Thread
{
private List<Integer> list;
public Te2(List<Integer> list)
{
this.list = list;
}
public void run()
{
for (int i = 0; i < list.size(); i++)
{
list.remove(i);
}
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Integer> list=new ArrayList();
for (int i = 0; i <100 ; i++) {
list.add(i);
}
Te1 t1=new Te1(list);
Te2 t2=new Te2(list);
t1.start();
t2.start();
}
}
- 一个线程迭代，一个线程进行删除，运行时抛出ConcurrentModificationException异常
ConcurrentModificationException
736 public Iterator<E> iterator() {
737 return new Itr();
738 }
743 private class Itr implements Iterator<E> {
744 int cursor; // index of next element to return
745 int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
746 int expectedModCount = modCount;
747
748 public boolean hasNext() {
749 return cursor != size;
750 }
751
752 @SuppressWarnings("unchecked")
753 public E next() {
754 checkForComodification();
...
763 }
764
765 public void remove() {
766 if (lastRet < 0)
767 throw new IllegalStateException();
768 checkForComodification();
...
778 }
779
780 final void checkForComodification() {
781 if (modCount != expectedModCount)
782 throw new ConcurrentModificationException();
783 }
784 }
- ArrayList有一个内部类Itr，从源码可以看到这个类的next和remove方法里面都调用了一个chechForModification方法，而从这个方法(780行)的源码可以看到，他是通过判断modCount和expectedModCount是否相等来决定是否抛出并发修改异常
- 同时在这个内部类可以看expectedModCount初始化为modCount（746行），后面并没有修改
377 public boolean add(E e) {
378 ensureCapacity(size + 1); // Increments modCount!!
...
381 }
178 public void ensureCapacity(int minCapacity) {
179 modCount++;
180 ...
189 }
439 public boolean remove(Object o) {
440 if (o == null) {
441 for (int index = 0; index < size; index++)
442 if (elementData[index] == null) {
443 fastRemove(index);
444 return true;
445 }
446 } else {
447 for (int index = 0; index < size; index++)
448 if (o.equals(elementData[index])) {
449 fastRemove(index);
450 return true;
451 }
452 }
453 return false;
454 }
460 private void fastRemove(int index) {
461 modCount++;
...
467 }
- 从ArrayList的add和remove方法源码可以看到，这两个方法都会导致modCount的改变
- 那么可以分析为什么之前的代码会抛出异常，线程A进行迭代，此时expectedModCount已经确定了，后面并没有进行修改，而此时线程B同时remove，从前面知道remove会导致modCount改变，此时两者不同导致抛出异常
fail-fast
A fail-fast system is nothing but immediately report any failure that is likely to lead to failure. When a problem occurs, a fail-fast system fails immediately.
In Java, we can find this behavior with iterators. In case, you have called iterator on a collection object, and another thread tries to modify the collection object, then concurrent modification exception will be thrown. This is called fail-fast.
- 中文译为快速失败，这是一种错误检测机制。
- 对上文进行翻译，当在对一个集合进行迭代的时候，其他线程尝试去修改这个集合，并发修改异常会被抛出。这就叫做快速失败。
CopyOnWriteArrayList
- CopyOnWriteArrayList可以解决fail-fast的问题，将ArrayList替换成CopyWriteArrayList进行试验。
public class Test {
public static void main(String[] args) {
CopyOnWriteArrayList<Integer> list=new CopyOnWriteArrayList();
for (int i = 0; i <100 ; i++) {
list.add(i);
}
Te1 t1=new Te1(list);
Te2 t2=new Te2(list);
t1.start();
t2.start();
}
- 结果发现并没有抛出异常，下面从源码角度来分析
- CopyOnWriteArrayList的remove方法
469 public E remove(int index) {
470 final ReentrantLock lock = this.lock;
471 lock.lock();
472 try {
473 Object[] elements = getArray();
474 int len = elements.length;
475 E oldValue = get(elements, index);
476 int numMoved = len - index - 1;
477 if (numMoved == 0)
478 setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));
479 else {
480 Object[] newElements = new Object[len - 1];
481 System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);
482 System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,
483 numMoved);
484 setArray(newElements);
485 }
486 return oldValue;
487 } finally {
488 lock.unlock();
489 }
490 }
99 final void setArray(Object[] a) {
100 array = a;
101 }
- 473行获取当前的Object数组，480行创建一个新的Object数组，再将旧的数组复制到新的数组上，484行将array指向新的数组
956 public Iterator<E> iterator() {
957 return new COWIterator<E>(getArray(), 0);
958 }
991 private static class COWIterator<E> implements ListIterator<E> {
992
993 private final Object[] snapshot;
994
995 private int cursor;
996
997 private COWIterator(Object[] elements, int initialCursor) {
998 cursor = initialCursor;
999 snapshot = elements;
1000 }
1001
1002 public boolean hasNext() {
1003 return cursor < snapshot.length;
1004 }
1005
1010 @SuppressWarnings("unchecked")
1011 public E next() {
1012 if (! hasNext())
1013 throw new NoSuchElementException();
1014 return (E) snapshot[cursor++];
1015 }
1016
- 999行将snapshot指向当前的array
- 1011行执行next方法返回snapshot中元素，那么在遍历的过程，如果其他线程执行remove并将array指向了新创建的数组，这个snapshot并没有更新为新的数组，仍然指向的是remove之前的数组
- 从CopyOnWriteArrayList的迭代器也可以发现没有fail-fast机制.
CopyOnWriteArrayList分析
- 修改代价大，可以从源码知道，remove还是add方法，都会进行一次数组的复制，这样消耗了空间（可能导致gc的频率提高）也消耗了时间
- 读写分离，读写不一致，读的时候读的是旧的数组，写的时候写的是新的数组，所以读的时候不一定是最新的
- 读的时候不需要进行加锁，因为写的时候是写在新的数组，读的数组是旧的数组，并不会改变
- 因此，CopyOnWriteArrayList适合读多写少的场景
我觉得分享是一种精神，分享是我的乐趣所在，不是说我觉得我讲得一定是对的，我讲得可能很多是不对的，但是我希望我讲的东西是我人生的体验和思考，是给很多人反思，也许给你一秒钟、半秒钟，哪怕说一句话有点道理，引发自己内心的感触，这就是我最大的价值。（这是我喜欢的一句话，也是我写博客的初衷）