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西米大人的博客

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ConcurrentModificationException的原因以及解决措施

发表于 更新于 分类于 热度: ℃ 评论: ℃
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摘自ImportNew

ConcurrentModificationException异常出现的原因

先看下面这段代码

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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);
		}
	}
}

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：

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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：

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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：

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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：

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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

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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：

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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（list.remove会修改modCount，因为modCount就是标识list修改的次数，而expectedModCount只是标识iterator修改list的次数），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

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 

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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

尽管iterator的remove操作也是调的list的fastRemove接口，但操作完后expectedModCount会保存modCount，这样就保证了expectedModCount正确反映了iterator修改list的次数

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：

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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();

    }

}

依然会出现concurrentModificationException的问题！
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，只有那个线程的expectedModCount和list的modCount对齐了！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。