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当我们用增强 for 循环遍历非并发容器(HashMap、ArrayList 等),如果修改其结构,会抛出异常 ConcurrentModificationException
,因此在阿里巴巴的 Java 规范中有说到: 不要在 foreach 循环里进行元素的 remove/add 操作,remove 元素请使用 Iterator 方式。
,但是不是真的就不可以在增强 for 循环中修改结构吗?其原理又是什么呢?
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ConcurrentModificationException 的含义
ConcurrentModificationException
可以将其通俗的翻译为 并发修改异常
,那么关注点就在 并发
和修改
了。也许有些人会说,我只是在单线程中修改了,并没有并发操作,但系统也抛了这样的这样的错误,这是为什么呢?别急,我们看看它的源码解释:
This exception may be thrown by methods that have detected concurrent modification of an object when such modification is not permissible.
这个异常就是应用程序在做一些系统不允许的操作时抛出的。记住,只要是系统不允许的操作,就一定会抛错的。
后面有一个值得注意的地方
Note that fail-fast behavior cannot be guaranteed as it is, generally speaking, impossible to make any hard guarantees in the presence of unsynchronized concurrent modification. Fail-fast operations throw ConcurrentModificationException on a best-effort basis. Therefore, it would be wrong to write a program that depended on this exception for its correctness: ConcurrentModificationException should be used only to detect bugs.
fail-fast
(快速失败)并不能一定被保证,所以 fail-fast
操作会尽最大努力抛出该异常。既然是尽最大努力,因此无论是不是并发操作,只要是修改了,就一定会报错。
既然如此,我们来看看 for 循环中遍历修改容器结构,系统是如何知道的。
增加 for 循环的原理
我们来看看增强 for 循环遍历修改 HashMap 的代码:
Map<String, String> hashMap = new HashMap<>(10);
// 添加
for (int i = 0; i < 10; i++) {hashMap.put("key" + i, "value" + i);
}
// 遍历修改
for (Entry<String, String> entry : hashMap.entrySet()) {String key = entry.getKey();
hashMap.remove(key);
}
这个时候,你如果运行的话,就会抛出ConcurrentModificationException
,这个时候我们需要具体调试一下,发现遍历第一次并删除时没有报错,但第二次遍历,在 for 循环的括号执行完后,就抛出了异常,这又是为什么呢?
让我们反编译一下 class 文件,看看究竟增强 for 循环做了什么:
Map<String, String> hashMap = new HashMap(10);
for(int i = 0; i < 10; ++i) {hashMap.put("key" + i, "value" + i);
}
Iterator var5 = hashMap.entrySet().iterator();
while(var5.hasNext()) {Entry<String, String> entry = (Entry)var5.next();
String key = (String)entry.getKey();
hashMap.remove(key);
}
我们发现,虽然写法上是增强 for 循环,但实际还是使用的 while
结合 iterator
进行遍历,现在我们贴上这个代码进行调试。
发现在第二次 var5.next()
处抛异常,接下来我们看看 next
方法究竟做了什么?
在 HashMap
的源码中显示:
final class EntryIterator extends HashIterator
implements Iterator<Map.Entry<K,V>> {public final Map.Entry<K,V> next() {return nextNode(); }
}
final Node<K,V> nextNode() {Node<K,V>[] t;
Node<K,V> e = next;
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();
if ((next = (current = e).next) == null && (t = table) != null) {do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
}
return e;
}
我们注意到,nextNode()
方法的第一个判断就决定了是否抛出 ConcurrentModificationException
,那么modCount
和expectedModCount
究竟是什么呢?
modCount 和 expectedModCount
我们来看看 modCount
和expectedModCount
的关系,当我们调用 Iterator var5 = hashMap.entrySet().iterator();
时,源代码做了什么:
HashIterator() {
expectedModCount = modCount;
Node<K,V>[] t = table;
current = next = null;
index = 0;
if (t != null && size > 0) { // advance to first entry
do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
}
}
在一开始,就让 expectedModCount
等于 modCount
,而当我们调用hashMap.remove(key);
时,实际上修改了 modCount
的值:
final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
boolean matchValue, boolean movable) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
node = p;
else if ((e = p.next) != null) {if (p instanceof TreeNode)
node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
else {
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key ||
(key != null && key.equals(k)))) {
node = e;
break;
}
p = e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
(value != null && value.equals(v)))) {if (node instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
else if (node == p)
tab[index] = node.next;
else
p.next = node.next;
++modCount;
--size;
afterNodeRemoval(node);
return node;
}
}
return null;
}
modCount
增大 1,那么,当我们下一次调用 var5.next()
时,自然就发现 modCount
和expectedModCount
不等了。
修改结构的正确姿势
使用 增强 for 循环
,本质还是在使用iterator
,那为什么大家都在推介使用iterator.remove()
呢?让我们看看源代码:
public final void remove() {
Node<K,V> p = current;
if (p == null)
throw new IllegalStateException();
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
current = null;
K key = p.key;
removeNode(hash(key), key, null, false, false);
expectedModCount = modCount;
}
我们发现,这个 remove 方法虽然也调用了 removeNode
,但它在最后一步再次将modCount
的值赋给 expectedModCount
,因此保证了下一次调用next()
方法是不抛错。
所以,我们要么就直接显示地使用 iterator
,用它的remove
方法移除对象。如果你实在想用 增强 for 循环
遍历删除,那么也只能在删除一个后,立刻退出循环。但无论用哪种方法,当多个线程同时修改时,都会有出错的可能性,因为你即时保证单个线程内的 modCount
和expectedModCount
,但这个操作并不能保证原子性。
总结
如果在多线程环境下,我更推介使用 ConcurrentHashMap
,因为它没有modCount
和expectedModCount
的概念,因此,即时你是使用 增强 for 循环
遍历删除,也不会出现问题。
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