ConcurrentModificationException的原因以及解决措施
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ConcurrentModificationException的原因以及解决措施
Hosee 发表于2年前
ConcurrentModificationException的原因以及解决措施
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摘要: 本文主要介绍: 1. ConcurrentModificationException异常出现的原因 2. 在单线程环境下的解决办法 3. 在多线程环境下的解决方法

1. ConcurrentModificationException异常出现的原因

先看下面这段代码:

package test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;

public class test {
	public static void main(String[] args) {
		ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
		list.add(2);
		Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
		while (iterator.hasNext()) {
			Integer integer = iterator.next();
			if (integer == 2)
				list.remove(integer);
		}
	}
}
运行结果:

从异常信息可以发现,异常出现在checkForComodification()方法中。

  我们不忙看checkForComodification()方法的具体实现,我们先根据程序的代码一步一步看ArrayList源码的实现:

  首先看ArrayList的iterator()方法的具体实现,查看源码发现在ArrayList的源码中并没有iterator()这个方法,那么很显然这个方法应该是其父类或者实现的接口中的方法,我们在其父类AbstractList中找到了iterator()方法的具体实现,下面是其实现代码:

public Iterator<E> iterator() {

    return new Itr();

}
从这段代码可以看出返回的是一个指向Itr类型对象的引用,我们接着看Itr的具体实现,在AbstractList类中找到了Itr类的具体实现,它是AbstractList的一个成员内部类,下面这段代码是Itr类的所有实现:
private class Itr implements Iterator<E> {

    int cursor = 0;

    int lastRet = -1;

    int expectedModCount = modCount;

    public boolean hasNext() {

           return cursor != size();

    }

    public E next() {

           checkForComodification();

        try {

        E next = get(cursor);

        lastRet = cursor++;

        return next;

        } catch (IndexOutOfBoundsException e) {

        checkForComodification();

        throw new NoSuchElementException();

        }

    }

    public void remove() {

        if (lastRet == -1)

        throw new IllegalStateException();

           checkForComodification();

 

        try {

        AbstractList.this.remove(lastRet);

        if (lastRet < cursor)

            cursor--;

        lastRet = -1;

        expectedModCount = modCount;

        } catch (IndexOutOfBoundsException e) {

        throw new ConcurrentModificationException();

        }

    }

 

    final void checkForComodification() {

        if (modCount != expectedModCount)

        throw new ConcurrentModificationException();

    }

}

首先我们看一下它的几个成员变量:

  cursor:表示下一个要访问的元素的索引,从next()方法的具体实现就可看出

  lastRet:表示上一个访问的元素的索引

  expectedModCount:表示对ArrayList修改次数的期望值,它的初始值为modCount。

  modCount是AbstractList类中的一个成员变量

protected transient int modCount = 0;

该值表示对List的修改次数,查看ArrayList的add()和remove()方法就可以发现,每次调用add()方法或者remove()方法就会对modCount进行加1操作。

  好了,到这里我们再看看上面的程序:

  当调用list.iterator()返回一个Iterator之后,通过Iterator的hashNext()方法判断是否还有元素未被访问,我们看一下hasNext()方法,hashNext()方法的实现很简单:

public boolean hasNext() {

    return cursor != size();

}

如果下一个访问的元素下标不等于ArrayList的大小,就表示有元素需要访问,这个很容易理解,如果下一个访问元素的下标等于ArrayList的大小,则肯定到达末尾了。

  然后通过Iterator的next()方法获取到下标为0的元素,我们看一下next()方法的具体实现:

public E next() {

    checkForComodification();

 try {

    E next = get(cursor);

    lastRet = cursor++;

    return next;

 } catch (IndexOutOfBoundsException e) {

    checkForComodification();

    throw new NoSuchElementException();

 }

}

这里是非常关键的地方:首先在next()方法中会调用checkForComodification()方法,然后根据cursor的值获取到元素,接着将cursor的值赋给lastRet,并对cursor的值进行加1操作。初始时,cursor为0,lastRet为-1,那么调用一次之后,cursor的值为1,lastRet的值为0。注意此时,modCount为0,expectedModCount也为0。

  接着往下看,程序中判断当前元素的值是否为2,若为2,则调用list.remove()方法来删除该元素。

  我们看一下在ArrayList中的remove()方法做了什么:

public boolean remove(Object o) {

    if (o == null) {

        for (int index = 0; index < size; index++)

            if (elementData[index] == null) {

                fastRemove(index);

                return true;

            }

    } else {

        for (int index = 0; index < size; index++)

            if (o.equals(elementData[index])) {

                fastRemove(index);

                return true;

            }

    }

    return false;

}

 

 

private void fastRemove(int index) {

    modCount++;

    int numMoved = size - index - 1;

    if (numMoved > 0)

        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,

                numMoved);

    elementData[--size] = null; // Let gc do its work

}

通过remove方法删除元素最终是调用的fastRemove()方法,在fastRemove()方法中,首先对modCount进行加1操作(因为对集合修改了一次),然后接下来就是删除元素的操作,最后将size进行减1操作,并将引用置为null以方便垃圾收集器进行回收工作。

  那么注意此时各个变量的值:对于iterator,其expectedModCount为0,cursor的值为1,lastRet的值为0。

  对于list,其modCount为1,size为0。

  接着看程序代码,执行完删除操作后,继续while循环,调用hasNext方法()判断,由于此时cursor为1,而size为0,那么返回true,所以继续执行while循环,然后继续调用iterator的next()方法:

  注意,此时要注意next()方法中的第一句:checkForComodification()。

  在checkForComodification方法中进行的操作是:

final void checkForComodification() {

    if (modCount != expectedModCount)

    throw new ConcurrentModificationException();

}

 如果modCount不等于expectedModCount,则抛出ConcurrentModificationException异常。

  很显然,此时modCount为1,而expectedModCount为0,因此程序就抛出了ConcurrentModificationException异常。

  到这里,想必大家应该明白为何上述代码会抛出ConcurrentModificationException异常了。

  关键点就在于:调用list.remove()方法导致modCount和expectedModCount的值不一致,所以list.add()也会造成同样的异常。

  注意,像使用for-each进行迭代实际上也会出现这种问题。

2. 在单线程环境下的解决办法

既然知道原因了,那么如何解决呢?

  其实很简单,细心的朋友可能发现在Itr类中也给出了一个remove()方法:

public void remove() {

    if (lastRet == -1)

    throw new IllegalStateException();

       checkForComodification();

 

    try {

    AbstractList.this.remove(lastRet);

    if (lastRet < cursor)

        cursor--;

    lastRet = -1;

    expectedModCount = modCount;

    } catch (IndexOutOfBoundsException e) {

    throw new ConcurrentModificationException();

    }

}

在这个方法中,删除元素实际上调用的就是list.remove()方法,但是它多了一个操作:

expectedModCount = modCount;

因此,在迭代器中如果要删除元素的话,需要调用Itr类的remove方法。

  将上述代码改为下面这样就不会报错了:

public class Test {

    public static void main(String[] args)  {

        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

        list.add(2);

        Iterator<Integer> iterator = list.iterator();

        while(iterator.hasNext()){

            Integer integer = iterator.next();

            if(integer==2)

                iterator.remove();   //注意这个地方

        }

    }

}

3. 在多线程环境下的解决方法

上面的解决办法在单线程环境下适用,但是在多线程下适用吗?看下面一个例子:
public class Test {

    static ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

    public static void main(String[] args)  {

        list.add(1);

        list.add(2);

        list.add(3);

        list.add(4);

        list.add(5);

        Thread thread1 = new Thread(){

            public void run() {

                Iterator<Integer> iterator = list.iterator();

                while(iterator.hasNext()){

                    Integer integer = iterator.next();

                    System.out.println(integer);

                    try {

                        Thread.sleep(100);

                    } catch (InterruptedException e) {

                        e.printStackTrace();

                    }

                }

            };

        };

        Thread thread2 = new Thread(){

            public void run() {

                Iterator<Integer> iterator = list.iterator();

                while(iterator.hasNext()){

                    Integer integer = iterator.next();

                    if(integer==2)

                        iterator.remove();  

                }

            };

        };

        thread1.start();

        thread2.start();

    }

}

运行结果:

原因很明显,由于iterator()方法每次都new一个Itr(),Itr是一个私有内部类,其内部

int expectedModCount = modCount;

modCount是 ArrayList中的,但是expectedModCount是内部变量,所以每个线程的expectedModCount都是不同的变量,虽然一开始值相同,但是modCount是同一个,所以当有一个线程改变了modCount时,另一个线程在调用checkForComodification()时,就会发生异常。

有可能有朋友说ArrayList是非线程安全的容器,换成Vector就没问题了,实际上换成Vector还是会出现这种错误。

因为原因并不在于是否方法是线程安全的,原因在于每个线程各自都有一个私有的Itr()。

一般有2种解决办法:

  1)在使用iterator迭代的时候使用synchronized或者Lock进行同步;(一个个迭代就和单线程一样了)

  2)使用并发容器CopyOnWriteArrayList代替ArrayList和Vector。

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