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expectedModCount,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,但是由于Vector是继承的AbstarctList,因此通过Iterator来访问容器的话,事实上是不需要获取锁就可以访问。那么显然,由于使用iterator对容器进行访问不需要获取锁,在多线程中就会造成当一个线程删除了元素,由于modCount是AbstarctList的成员变量,因此可能会导致在其他线程中modCount和expectedModCount值不等。

就比如上面的代码中,很显然iterator是线程私有的,

初始时,线程1和线程2中的modCount、expectedModCount都为0,

当线程2通过iterator.remove()删除元素时,会修改modCount值为1,并且会修改线程2中的expectedModCount的值为1,

而此时线程1中的expectedModCount值为0,虽然modCount不是volatile变量,不保证线程1一定看得到线程2修改后的modCount的值,但是也有可能看得到线程2对modCount的修改,这样就有可能导致线程1中比较expectedModCount和modCount不等,而抛出异常。

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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1 条评论

  1. 顾汉杰 说道:

    纠错:由于list.add(2);操作已经将modCount加1了,所以示例程序报错是expectedModCount=1,而modCount=2导致。

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