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Java ConcurrentModificationException 异常分析与解决方案
2014-03-19 13:16:56         来源:Java ConcurrentModificationException 异常分析与解决方案  
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一、单线程

1. 异常情况举例

只要抛出出现异常,可以肯定的是代码一定有错误的地方。先来看看都有哪些情况会出现ConcurrentModificationException异常,下面以ArrayList remove 操作进行举例:

使用的数据集合:
           List myList = new ArrayList();

           myList.add( "1");
           myList.add( "2");
           myList.add( "3");
           myList.add( "4");
           myList.add( "5");

以下三种情况都会出现异常:
           Iterator it = myList.iterator();
            while (it.hasNext()) {
                String value = it.next();
                 if (value.equals( "3")) {
                     myList.remove(value);  // error
                }
           }
      
            for (Iterator it = myList.iterator(); it.hasNext();) {
                String value = it.next();
                 if (value.equals( "3")) {
                     myList.remove(value);  // error
                }
           }
      
      
            for (String value : myList) {
                System. out.println( "List Value:" + value);
                 if (value.equals( "3")) {
                     myList.remove(value);  // error
                }
           }   

异常信息如下:
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.AbstractList$Itr.checkForComodification(Unknown Source)
at java.util.AbstractList$Itr.next(Unknown Source)


2. 根本原因

以上都有3种出现异常的情况有一个共同的特点,都是使用Iterator进行遍历,且都是通过ArrayList.remove(Object) 进行删除操作。
想要找出根本原因,直接查看ArrayList源码看为什么出现异常:
public class ArrayList extends AbstractList
        implements Cloneable, Serializable, RandomAccess {
        
        
         @Override public boolean remove(Object object) {
        Object[] a = array;
        int s = size;
        if (object != null) {
            for (int i = 0; i < s; i++) {
                if (object.equals(a[i])) {
                    System.arraycopy(a, i + 1, a, i, --s - i);
                    a[s] = null;  // Prevent memory leak
                    size = s;
                    modCount++;  // 只要删除成功都是累加
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (int i = 0; i < s; i++) {
                if (a[i] == null) {
                    System.arraycopy(a, i + 1, a, i, --s - i);
                    a[s] = null;  // Prevent memory leak
                    size = s;
                    modCount++;  // 只要删除成功都是累加
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }   


    @Override public Iterator iterator() {
        return new ArrayListIterator();
    }   
        
    private class ArrayListIterator implements Iterator {
          ......
   
          // 全局修改总数保存到当前类中
        /** The expected modCount value */
        private int expectedModCount = modCount;

        @SuppressWarnings("unchecked") public E next() {
            ArrayList ourList = ArrayList.this;
            int rem = remaining;
               // 如果创建时的值不相同,抛出异常
            if (ourList.modCount != expectedModCount) {
                throw new ConcurrentModificationException();
            }
            if (rem == 0) {
                throw new NoSuchElementException();
            }
            remaining = rem - 1;
            return (E) ourList.array[removalIndex = ourList.size - rem];
        }   
        
          ......
     }
}   

List、Set、Map 都可以通过Iterator进行遍历,这里仅仅是通过List举例,在使用其他集合遍历时进行增删操作都需要留意是否会触发ConcurrentModificationException异常。


3. 解决方案

上面列举了会出现问题的几种情况,也分析了问题出现的根本原因,现在来总结一下怎样才是正确的,如果避免遍历时进行增删操作不会出现ConcurrentModificationException异常。
            // 1 使用Iterator提供的remove方法,用于删除当前元素
            for (Iterator it = myList.iterator(); it.hasNext();) {
                String value = it.next();
                 if (value.equals( "3")) {
                     it.remove();  // ok
                }
           }
           System. out.println( "List Value:" + myList.toString());
      
            // 2 建一个集合,记录需要删除的元素,之后统一删除             
           List templist = new ArrayList();
            for (String value : myList) {
                 if (value.equals( "3")) {
                     templist.remove(value);
                }
           }
            // 可以查看removeAll源码,其中使用Iterator进行遍历
           myList.removeAll(templist);
           System. out.println( "List Value:" + myList.toString());        
        
             // 3. 使用线程安全CopyOnWriteArrayList进行删除操作
           List myList = new CopyOnWriteArrayList();
           myList.add( "1");
           myList.add( "2");
           myList.add( "3");
           myList.add( "4");
           myList.add( "5");

           Iterator it = myList.iterator();

            while (it.hasNext()) {
                String value = it.next();
                 if (value.equals( "3")) {
                     myList.remove( "4");
                     myList.add( "6");
                     myList.add( "7");
                }
           }
           System. out.println( "List Value:" + myList.toString());
          
            // 4. 不使用Iterator进行遍历,需要注意的是自己保证索引正常
            for ( int i = 0; i < myList.size(); i++) {
                String value = myList.get(i);
                System. out.println( "List Value:" + value);
                 if (value.equals( "3")) {
                     myList.remove(value);  // ok
                     i--; // 因为位置发生改变,所以必须修改i的位置
                }
           }
           System. out.println( "List Value:" + myList.toString());

输出结果都是:List Value:[1, 2, 4, 5] , 不会出现异常。
以上4种解决办法在单线程中测试完全没有问题,但是如果在多线程中呢?


二、多线程

1. 同步异常情况举例

上面针对ConcurrentModificationException异常在单线程情况下提出了4种解决方案,本来是可以很哈皮的洗洗睡了,但是如果涉及到多线程环境可能就不那么乐观了。
下面的例子中开启两个子线程,一个进行遍历,另外一个有条件删除元素:
          final List myList = createTestData();
      
          new Thread(new Runnable() {
           
               @Override
               public void run() {
                    for (String string : myList) {
                         System.out.println("遍历集合 value = " + string);
                     
                         try {
                              Thread.sleep(100);
                         } catch (InterruptedException e) {
                              e.printStackTrace();
                         }
                    }
               }
          }).start();
      
          new Thread(new Runnable() {
           
               @Override
               public void run() {
                
                 for (Iterator it = myList.iterator(); it.hasNext();) {
                     String value = it.next();
                 
                     System.out.println("删除元素 value = " + value);
                 
                     if (value.equals( "3")) {
                          it.remove();
                     }
                 
                     try {
                              Thread.sleep(100);
                         } catch (InterruptedException e) {
                              e.printStackTrace();
                         }
                }
               }
          }).start();

输出结果:
遍历集合 value = 1
删除元素 value = 1
遍历集合 value = 2
删除元素 value = 2
遍历集合 value = 3
删除元素 value = 3
Exception in thread "Thread-0" 删除元素 value = 4
java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.AbstractList$Itr.checkForComodification(Unknown Source)
at java.util.AbstractList$Itr.next(Unknown Source)
at list.ConcurrentModificationExceptionStudy$1.run(ConcurrentModificationExceptionStudy.java:42)
at java.lang.Thread.run(Unknown Source)
删除元素 value = 5


结论:
上面的例子在多线程情况下,仅使用单线程遍历中进行删除的第1种解决方案使用it.remove(),但是测试得知4种的解决办法中的1、2、3依然会出现问题。
接着来再看一下JavaDoc对java.util.ConcurrentModificationException异常的描述:
当方法检测到对象的并发修改,但不允许这种修改时,抛出此异常。
说明以上办法在同一个线程执行的时候是没问题的,但是在异步情况下依然可能出现异常。


2. 尝试方案

(1) 在所有遍历增删地方都加上synchronized或者使用Collections.synchronizedList,虽然能解决问题但是并不推荐,因为增删造成的同步锁可能会阻塞遍历操作。
(2) 推荐使用ConcurrentHashMap或者CopyOnWriteArrayList。


3. CopyOnWriteArrayList注意事项

(1) CopyOnWriteArrayList不能使用Iterator.remove()进行删除。
(2) CopyOnWriteArrayList使用Iterator且使用List.remove(Object);会出现如下异常:
java.lang.UnsupportedOperationException: Unsupported operation remove
at java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList$ListIteratorImpl.remove(CopyOnWriteArrayList.java:804)

4. 解决方案

单线程情况下列出4种解决方案,但是发现在多线程情况下仅有第4种方案才能在多线程情况下不出现问题。
           List myList = new CopyOnWriteArrayList();
           myList.add( "1");
           myList.add( "2");
           myList.add( "3");
           myList.add( "4");
           myList.add( "5");

          new Thread(new Runnable() {
            
               @Override
               public void run() {
                    for (String string : myList) {
                         System.out.println("遍历集合 value = " + string);
                      
                         try {
                              Thread.sleep(100);
                         } catch (InterruptedException e) {
                              e.printStackTrace();
                         }
                    }
               }
          }).start();
       
          new Thread(new Runnable() {
            
               @Override
               public void run() {
                 
                    for (int i = 0; i < myList.size(); i++) {
                         String value = myList.get(i);
                      
                         System.out.println("删除元素 value = " + value);
                  
                     if (value.equals( "3")) {
                          myList.remove(value);
                          i--; // 注意                           
                     }
                  
                     try {
                              Thread.sleep(100);
                         } catch (InterruptedException e) {
                              e.printStackTrace();
                         }
                    }
               }
          }).start();


输出结果:
删除元素 value = 1
遍历集合 value = 1
删除元素 value = 2
遍历集合 value = 2
删除元素 value = 3
遍历集合 value = 3
删除元素 value = 4
遍历集合 value = 4
删除元素 value = 5
遍历集合 value = 5

OK,搞定



三、参考资料

《How to Avoid ConcurrentModificationException when using an Iterator》

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