• Java ConcurrentModificationException异常原因和解决方法


      在前面一篇文章中提到,对Vector、ArrayList在迭代的时候如果同时对其进行修改就会抛出java.util.ConcurrentModificationException异常。下面我们就来讨论以下这个异常出现的原因以及解决办法。

      以下是本文目录大纲:

      一.ConcurrentModificationException异常出现的原因

      二.在单线程环境下的解决办法

      三.在多线程环境下的解决方法

      若有不正之处请多多谅解,并欢迎批评指正

    一.ConcurrentModificationException异常出现的原因

      先看下面这段代码:

    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,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。

      注意,像使用for-each进行迭代实际上也会出现这种问题。

    二.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
            }
        }
    }

    三.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:

      

      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。

      原因在于,虽然Vector的方法采用了synchronized进行了同步,但是实际上通过Iterator访问的情况下,每个线程里面返回的是不同的iterator,也即是说expectedModCount是每个线程私有。假若此时有2个线程,线程1在进行遍历,线程2在进行修改,那么很有可能导致线程2修改后导致Vector中的modCount自增了,线程2的expectedModCount也自增了,但是线程1的expectedModCount没有自增,此时线程1遍历时就会出现expectedModCount不等于modCount的情况了。

      因此一般有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;

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

      关于并发容器的内容将在下一篇文章中讲述。

      参考资料:

      http://blog.csdn.net/izard999/article/details/6708738

      http://www.2cto.com/kf/201403/286536.html

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