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Java - Java集合中的快速失败Fail Fast 机制

概述

ArrayList使用fail-fast机制自然是因为它增强了数据的安全性。

但在某些场景，我们可能想避免fail-fast机制抛出的异常，这时我们就要将ArrayList替换为使用fail-safe机制的CopyOnWriteArrayList.

采用安全失败机制的集合容器，在 Iterator 的实现上没有设计抛出 ConcurrentModificationException 的代码段，从而避免了fail-fast。

fail-safe的容器—CopyOnWriteArrayList

写时复制：当我们往一个容器添加元素的时候，先将当前容器复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器。

好处是我们可以对CopyOnWrite容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。

add

 public boolean add(E e) {// 可重入锁final ReentrantLock lock = this.lock;// 获取锁lock.lock();try {// 元素数组Object[] elements = getArray();// 数组长度int len = elements.length;// 复制数组Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);// 存放元素enewElements[len] = e;// 设置数组setArray(newElements);return true;} finally {// 释放锁lock.unlock();}
}

此函数用于将指定元素添加到此列表的尾部，处理流程如下

获取锁(保证多线程的安全访问)，获取当前的Object数组，获取Object数组的长度为length，进入步骤②。
根据Object数组复制一个长度为length+1的Object数组为newElements(此时，newElements[length]为null)，进入下一步骤。
将下标为length的数组元素newElements[length]设置为元素e，再设置当前Object[]为newElements，释放锁，返回。这样就完成了元素的添加。

remove函数

public E remove(int index) {// 可重入锁final ReentrantLock lock = this.lock;// 获取锁lock.lock();try {// 获取数组Object[] elements = getArray();// 数组长度int len = elements.length;// 获取旧值E oldValue = get(elements, index);// 需要移动的元素个数int numMoved = len - index - 1;if (numMoved == 0) // 移动个数为0// 复制后设置数组setArray(Arrays.copyOf(elements, len - 1));else { // 移动个数不为0// 新生数组Object[] newElements = new Object[len - 1];// 复制index索引之前的元素System.arraycopy(elements, 0, newElements, 0, index);// 复制index索引之后的元素System.arraycopy(elements, index + 1, newElements, index,numMoved);// 设置索引setArray(newElements);}// 返回旧值return oldValue;} finally {// 释放锁lock.unlock();}
}

①获取锁，获取数组elements，数组长度为length，获取索引的值elements[index]，计算需要移动的元素个数(length - index - 1),若个数为0，则表示移除的是数组的最后一个元素，复制elements数组，复制长度为length-1，然后设置数组，进入步骤③；否则，进入步骤②
② 先复制index索引前的元素，再复制index索引后的元素，然后设置数组。
③ 释放锁，返回旧值

例子

import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;class PutThread extends Thread {private CopyOnWriteArrayList<Integer> cowal;public PutThread(CopyOnWriteArrayList<Integer> cowal) {this.cowal = cowal;}public void run() {try {for (int i = 100; i < 110; i++) {cowal.add(i);Thread.sleep(50);}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}public class CopyOnWriteArrayListDemo {public static void main(String[] args) {CopyOnWriteArrayList<Integer> cowal = new CopyOnWriteArrayList<Integer>();for (int i = 0; i < 10; i++) {cowal.add(i);}PutThread p1 = new PutThread(cowal);p1.start();Iterator<Integer> iterator = cowal.iterator();while (iterator.hasNext()) {System.out.print(iterator.next() + " ");}System.out.println();try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}iterator = cowal.iterator();while (iterator.hasNext()) {System.out.print(iterator.next() + " ");}}
}

有一个PutThread线程会每隔50ms就向CopyOnWriteArrayList中添加一个元素，并且两次使用了迭代器，迭代器输出的内容都是生成迭代器时，CopyOnWriteArrayList的Object数组的快照的内容，在迭代的过程中，往CopyOnWriteArrayList中添加元素也不会抛出异常。

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100 101 102 103

缺陷

由于写操作的时候，需要拷贝数组，会消耗内存，如果原数组的内容比较多的情况下，可能导致young gc或者full gc
不能用于实时读的场景，像拷贝数组、新增元素都需要时间，所以调用一个set操作后，读取到数据可能还是旧的,虽然CopyOnWriteArrayList 能做到最终一致性,但是还是没法满足实时性要求；

使用场景

合适读多写少的场景，不过这类慎用

谁也没法保证CopyOnWriteArrayList 到底要放置多少数据，万一数据稍微有点多，每次add/set都要重新复制数组，这个代价实在太高，容易引起故障

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概述

fail-safe的容器—CopyOnWriteArrayList

add

remove函数

例子

缺陷

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