java问题排查-ConcurrentModificationException

场景:需要在List迭代过程中删除满足条件的元素,代码报出ConcurrentModificationException异常。代码如下:

查看错误信息,发现是在List迭代过程中报错的,也就是在for (Person p:list)这个语句中报错。我们知道Java中foreach语句是一种语法糖,通过将class文件反编译,我们可以看到如下结果:

foreach语句实际上是通过调用list的Iterator进行遍历,本例中使用的是ArrayList,进入到ArrayList中,可以看到一个自己实现Itr迭代器。其next方法实现如下:

        迭代过程中,当调用Itr的next()方法时,首先会调用一个checkForComodification方法,这是一个fanal方法(子类不可重写),这个方法只做了一个modCount与expectedModCount的比较动作。那么这个modCount与expectedModCount又代表什么呢。modCount是ArrayList中的一个字段,字段上有一段说明:

The number of times this list has been <i>structurally modified</i>.Structural modifications are those that change the size of the list, or otherwise perturb it in such a fashion that iterations in progress may yield incorrect results.

<p>This field is used by the iterator and list iterator implementation returned by the {@code iterator} and {@code listIterator} methods. If the value of this field changes unexpectedly, the iterator (or list iterator) will throw a {@code ConcurrentModificationException} in response to the {@code next}, {@code remove}, {@code previous}, {@code set} or {@code add} operations.  This provides <i>fail-fast</i> behavior, rather than non-deterministic behavior in the face of concurrent modification during iteration.

翻译一下就是:这个modCount这个list在结构上被修改的次数 。所谓结构修改是指改变列表的大小,或者以一种正在进行的迭代可能产生错误结果的方式扰乱列表。如果该字段的值发生意外变化,迭代器(或列表迭代器)将抛出一个ConcurrentModificationException来响应{@code next}、{@code remove}、{@code previous}、{@code set}或{@code add}操作。这提供了故障快速行为,而不是在迭代过程中面对并发修改时的不确定性行为。

也就是list的add、remove这些增加list大小的操作都会被记录在modCount上,在我们代码中,初始一个list后,进行add操作,add方法中,对modCount进行++操作,在迭代前modCount=4。

        说完modCount,再来看看expectedModCount这个字段。 这个字段是属于迭代器Itr的一个属性。在调用list的iterator()的方法时,该方法会实例化一个Itr返回,expectedModCount的初始值等于实例化时list的modCount。

        看到这里,想必大概就明白了。在进入迭代时,expectedModCount表示了当前时刻list的一个状态,在调用next方法时,会首先判断expectedModCount是否等于modCount,也就是判断list是否有过结构修改。在迭代过程中,若list被修改过(add,remove操作),那么迭代就会抛出ConcurrentModificationException异常。

明白了异常抛出的原因,在这里有两个疑问需要进一步探究,一是如何在遍历list过程中对list进行修改呢?另一个是List为什么要这样设计,这样设计的原因是什么?

先看第一个问题,既然在迭代时不能通过list的remove方法删除元素,那么首先想到的是通过li下标index遍历list,并删除元素,代码如下:

这种方式删除元素直接通过list内部数组删除,效率更高。

除了这种方式,在ArrayList迭代器中,提供了一个remove方法。该remove方法代码如下:

        代码中lastRet是迭代器上一个返回值的下标,该方法删除元素实际上也是调用了list的remove方法,但在删除后,将list的modCount重新赋值给expectedModCount,因此下一次迭代执行checkForComodification()就不会报ConcurrentModificationException异常。使用迭代器remove方法代码如下:

        解决了第一个问题,再看第二个问题,另一个是List为什么要这样设计,这样设计的原因是什么?在前面的介绍modCount字段时,有一句话:这提供了一种fail-fast机制,而不是在迭代过程中面对并发修改时的不确定性行为。也就是说,这种fail-fast机制在迭代过程中检测到list发生结构性变化时,会快速抛出CME异常,这样做的好处是提前考虑异常情况,避免出现不确定的行为。

    这里举一个简单的例子,一个线程在开始对ArrayList进行遍历时,list中有1、2、3三个值,这时期望的结果是遍历一个值打印出结果最终打印出1、2、3三个值。但在遍历过程中,另一个线程删除了list中的第三个值,这时若第一个线程继续遍历,最终打印出来的只有1、2两个值,这显然与期望的结果不符。而fail-fast机制在检测到list的第三个值被删除之后,第一个线程在遍历时就会抛出CME异常。

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