集合的快速失败和安全失败

引言

网络上对于快速失败和安全失败，基本都有这个论断

java.util包下的集合类都是快速失败的，不能在多线程下发生并发修改（迭代过程中被修改）
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。

我对这个持怀疑态度，所以写了代码来测试下

思维导图

快速失败

定义

在用迭代器遍历一个快速失败集合对象时，如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改（增加、删除、修改），则会抛出 ConcurrentModificationException

原理

迭代器在遍历时直接访问集合中的内容，并且在遍历过程中使用一个 modCount 变量。集合在被遍历期间如果内容发生变化，就会改变 modCount 的值。每当迭代器使用 hashNext()/next() 遍历下一个元素之前，都会检测 modCount 变量是否为 expectedmodCount 值，是的话就返回遍历；否则抛出异常，终止遍历。

例子（HashMap）

测试代码

public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, Integer> hashMap = new HashMap<>(8);
        hashMap.put("幻想4", 4);
        hashMap.put("幻想2", 2);
        hashMap.put("幻想3", 3);
        Set<Map.Entry<String, Integer>> set = hashMap.entrySet();
        Iterator<Map.Entry<String, Integer>> iterator = set.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
            hashMap.put("幻想1", 1);
        }
    }

测试结果

可以看到抛出了ConcurrentModificationException

源码分析

416行：HashMap源码里面有一个modCount计数器

显示下所有对于modCount的操作，可以看到只有自增操作，没有自减操作，比较的时候不会产生aba问题

1425行：迭代器构造的时候，先用expectedModCount，保存modCount的值
1441行：HashMap提供的迭代器，比较了modCount和expectedModCoun值是否相等，不相等就抛出异常

安全失败

定义

在用迭代器遍历一个安全失败集合对象时，如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改（增加、删除、修改），不会抛出 Concurrent Modification Exception，且能修改成功

原理

迭代器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

例子（CopyOnWriteArrayList）

测试代码

   public static void main(String[] args) {
        CopyOnWriteArrayList<String> copyOnWriteArrayList = new CopyOnWriteArrayList<>();
        copyOnWriteArrayList.add("幻想4");
        copyOnWriteArrayList.add("幻想2");
        copyOnWriteArrayList.add("幻想3");

        Iterator<String> iterator = copyOnWriteArrayList.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
            copyOnWriteArrayList.add("幻想1");
        }
    }

测试结果

93行没运行前，list内容和迭代器内容数量均为三个

93行运行后，lisy的内容为四个，迭代器还是三个

正常输出结果，且没有输出迭代时增加的“幻想1”

源码分析

copyOnWriteArrayList的add方法源码如上
440行：拷贝一个数组
441行：对拷贝的数组新增内容
442行：修改copyOnWriteArrayList的数组的引用，指向拷贝出来的数组

copyOnWriteArrayList的迭代器源码如上
1139行：迭代器构造的时候，就指向了原数组的引用

所以在迭代器内部修改copyOnWriteArrayList，不会对迭代器里的数组产生影响

java.util下的Hashtable原理

测试代码

    public static void main(String[] args) {
        Hashtable<String, Integer> hashtable = new Hashtable<>(16);
        hashtable.put("幻想4", 4);
        hashtable.put("幻想2", 2);
        hashtable.put("幻想3", 3);
        Set<Map.Entry<String, Integer>> set = hashtable.entrySet();
        Iterator<Map.Entry<String, Integer>> iterator = set.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
            hashtable.put("幻想1", 1);
        }
        System.out.println("程序结束");
    }

测试结果

这是运行结果，抛出了ConcurrentModificationException。喔，难道HashTable是快速失败的？别急，兄弟们再看下一个测试代码

测试代码

 public static void main(String[] args) {
        Hashtable<String, Integer> hashtable = new Hashtable<>(16);
        hashtable.put("幻想4", 4);
        hashtable.put("幻想2", 2);
        hashtable.put("幻想3", 3);
        Enumeration<String> keys = hashtable.keys();
        while (keys.hasMoreElements()) {
            System.out.println(keys.nextElement());
            hashtable.put("幻想1", 1);
        }
        System.out.println("程序结束");
    }

对之前的代码修改下迭代器，用了个HashTable自带的一个特殊迭代器

测试结果

119行没运行前，HashTable和迭代器都是三个值

119行运行后，HashTable和迭代器都是四个值

哎，居然能运行，没有抛出ConcurrentModificationException，而且结果居然还输出了四个值

源码分析

101行：entrySet方法获取set集合

682行：new了一个EntrySet对象

688行：EntrySet对象的获取迭代器的方法

610行：最终返回的是一个Enumerator迭代器对象

所以我举例使用的代码，使用的迭代器对象，本质上都是Enumerator迭代器

1381行：hasNext方法，调用了hasMoreElements方法
1388行：next方法，调用了nextElement方法

结论

所以说java.util包下的集合类都是快速失败的是不对，HashTable使用迭代器时，要看调用的是哪个方法。

java.util.concurrent下的concurrentHashMap原理

测试代码

   public static void main(String[] args) {
        ConcurrentHashMap<String, Integer> concurrentHashMap = new ConcurrentHashMap<>(8);
        concurrentHashMap.put("幻想4", 4);
        concurrentHashMap.put("幻想2", 2);
        concurrentHashMap.put("幻想3", 3);

        Set<Map.Entry<String, Integer>> set = concurrentHashMap.entrySet();
        Iterator<Map.Entry<String, Integer>> iterator = set.iterator();

        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
            concurrentHashMap.put("幻想1", 1);
        }

        System.out.println("程序结束");
    }

测试结果

这是运行结果，运行成功，且输出了循环中新增进去的值。

源码分析

70行：entrySet方法获取set集合

1276行：new了一个EntrySetView对象

4745行：EntrySetView构造迭代器的方法，把table的引用给迭代器
所以再遍历迭代器时，对concurrentHashMap进行修改，会修改table对象，而迭代器的引用指向的是table，所以迭代器会输出遍历时修改的数据。

结论

所以说java.util.concurrent包下的容器都是安全失败也不对，concurrentHashMap使用迭代器时，并没有复制一个数组进行遍历。