Java ConcurrentModificationException異常原因和解決方法

　　在前面一篇文章中提到，對Vector、ArrayList在迭代的時候如果同時對其進行修改就會拋出java.util.ConcurrentModificationException異常。下面我們就來討論以下這個異常出現的原因以及解決辦法。

　　以下是本文目錄大綱：

　　一.ConcurrentModificationException異常出現的原因

　　二.在單線程環境下的解決辦法

　　三.在多線程環境下的解決方法

一.ConcurrentModificationException異常出現的原因

　　先看下面這段代碼：
　　

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);
        }
    }
}

　　運行結果：
　　

　　從異常信息可以發現，異常出現在checkForComodification()方法中。

　　我們不忙看checkForComodification()方法的具體實現，我們先根據程序的代碼一步一步看ArrayList源碼的實現：

　　首先看ArrayList的iterator()方法的具體實現，查看源碼發現在ArrayList的源碼中並沒有iterator()這個方法，那麼很顯然這個方法應該是其父類或者實現的接口中的方法，我們在其父類AbstractList中找到了iterator()方法的具體實現，下面是其實現代碼：
　　

public Iterator<E> iterator() {
    return new Itr();
}

　　從這段代碼可以看出返回的是一個指向Itr類型對象的引用，我們接着看Itr的具體實現，在AbstractList類中找到了Itr類的具體實現，它是AbstractList的一個成員內部類，下面這段代碼是Itr類的所有實現：
　　

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();
    }
}

　　首先我們看一下它的幾個成員變量：

　　cursor：表示下一個要訪問的元素的索引，從next()方法的具體實現就可看出

　　lastRet：表示上一個訪問的元素的索引

　　expectedModCount：表示對ArrayList修改次數的期望值，它的初始值爲modCount。

　　modCount是AbstractList類中的一個成員變量
　　

protected transient int modCount = 0;

　　該值表示對List的修改次數，查看ArrayList的add()和remove()方法就可以發現，每次調用add()方法或者remove()方法就會對modCount進行加1操作。

　　好了，到這裏我們再看看上面的程序：

　　當調用list.iterator()返回一個Iterator之後，通過Iterator的hashNext()方法判斷是否還有元素未被訪問，我們看一下hasNext()方法，hashNext()方法的實現很簡單：
　　

public boolean hasNext() {
    return cursor != size();
}

　　如果下一個訪問的元素下標不等於ArrayList的大小，就表示有元素需要訪問，這個很容易理解，如果下一個訪問元素的下標等於ArrayList的大小，則肯定到達末尾了。

　　然後通過Iterator的next()方法獲取到下標爲0的元素，我們看一下next()方法的具體實現：
　　

public E next() {
    checkForComodification();
 try {
    E next = get(cursor);
    lastRet = cursor++;
    return next;
 } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
    checkForComodification();
    throw new NoSuchElementException();
 }
}

　　這裏是非常關鍵的地方：首先在next()方法中會調用checkForComodification()方法，然後根據cursor的值獲取到元素，接着將cursor的值賦給lastRet，並對cursor的值進行加1操作。初始時，cursor爲0，lastRet爲-1，那麼調用一次之後，cursor的值爲1，lastRet的值爲0。注意此時，modCount爲0，expectedModCount也爲0。

　　接着往下看，程序中判斷當前元素的值是否爲2，若爲2，則調用list.remove()方法來刪除該元素。

　　我們看一下在ArrayList中的remove()方法做了什麼：
　　

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
}

　　通過remove方法刪除元素最終是調用的fastRemove()方法，在fastRemove()方法中，首先對modCount進行加1操作（因爲對集合修改了一次），然後接下來就是刪除元素的操作，最後將size進行減1操作，並將引用置爲null以方便垃圾收集器進行回收工作。

　　那麼注意此時各個變量的值：對於iterator，其expectedModCount爲0，cursor的值爲1，lastRet的值爲0。

　　對於list，其modCount爲1，size爲0。

　　接着看程序代碼，執行完刪除操作後，繼續while循環，調用hasNext方法()判斷，由於此時cursor爲1，而size爲0，那麼返回true，所以繼續執行while循環，然後繼續調用iterator的next()方法：

　　注意，此時要注意next()方法中的第一句：checkForComodification()。

　　在checkForComodification方法中進行的操作是：
　　

final void checkForComodification() {
    if (modCount != expectedModCount)
    throw new ConcurrentModificationException();
}

　　如果modCount不等於expectedModCount，則拋出ConcurrentModificationException異常。

　　很顯然，此時modCount爲1，而expectedModCount爲0，因此程序就拋出了ConcurrentModificationException異常。

　　到這裏，想必大家應該明白爲何上述代碼會拋出ConcurrentModificationException異常了。

　　關鍵點就在於：調用list.remove()方法導致modCount和expectedModCount的值不一致。

　　注意，像使用for-each進行迭代實際上也會出現這種問題。

二.在單線程環境下的解決辦法

　　既然知道原因了，那麼如何解決呢？

　　其實很簡單，細心的朋友可能發現在Itr類中也給出了一個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();
    }
}

　　在這個方法中，刪除元素實際上調用的就是list.remove()方法，但是它多了一個操作：
　　

expectedModCount = modCount;

　　因此，在迭代器中如果要刪除元素的話，需要調用Itr類的remove方法。

　　將上述代碼改爲下面這樣就不會報錯了：
　　

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();   //注意這個地方
        }
    }
}

三.在多線程環境下的解決方法

　　上面的解決辦法在單線程環境下適用，但是在多線程下適用嗎？看下面一個例子：
　　

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();
    }
}

　　運行結果：
　　

　　有可能有朋友說ArrayList是非線程安全的容器，換成Vector就沒問題了，實際上換成Vector還是會出現這種錯誤。

　　原因在於，雖然Vector的方法採用了synchronized進行了同步，但是由於Vector是繼承的AbstarctList，因此通過Iterator來訪問容器的話，事實上是不需要獲取鎖就可以訪問。那麼顯然，由於使用iterator對容器進行訪問不需要獲取鎖，在多線程中就會造成當一個線程刪除了元素，由於modCount是AbstarctList的成員變量，因此可能會導致在其他線程中modCount和expectedModCount值不等。

　　就比如上面的代碼中，很顯然iterator是線程私有的，

　　初始時，線程1和線程2中的modCount、expectedModCount都爲0，

　　當線程2通過iterator.remove()刪除元素時，會修改modCount值爲1，並且會修改線程2中的expectedModCount的值爲1，

　　而此時線程1中的expectedModCount值爲0，雖然modCount不是volatile變量，不保證線程1一定看得到線程2修改後的modCount的值，但是也有可能看得到線程2對modCount的修改，這樣就有可能導致線程1中比較expectedModCount和modCount不等，而拋出異常。

　　因此一般有2種解決辦法：

　　1）在使用iterator迭代的時候使用synchronized或者Lock進行同步；

　　2）使用併發容器CopyOnWriteArrayList代替ArrayList和Vector。

　　關於併發容器的內容將在下一篇文章中講述。

　　參考資料：

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

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

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