fail-fast 机制是什么？(详解)

1. 介绍：

fail-fast：快速失败系统，通常设计用于停止有缺陷的过程，这是一种理念，在进行系统设计时优先考虑异常情况，一旦发生异常，直接停止并上报。

举一个最简单的fail-fast例子：

public int divide(int divisor, int dividend){
    if (dividend == 0) {
        throw new RuntimeException("被除数不能为0");    //这里就是fail-fast的体现
    }
    return divisor / dividend;
}

上述代码中一旦发现被除数是0，那么直接抛出异常，并明确提示异常原因，这就是fail-fast的应用。

这样做一方面是为了避免执行接下来复杂的代码，另一方面可以根据错误原因进行针对性处理。

fail-fast其实在日常代码中处处可以看见它的身影，好处上面也提到了。但是，fail-fast在一些场景下可能会出现意想不到的问题。

2. 集合类中的fail-fast

我们通常说的Java中的fail-fast机制，默认指的是Java集合中的一种错误检测机制，当多个线程对集合进行结构性的改变时，有可能会出发fail-fast机制，这个时候会抛出ConcurrentModificationException异常。很多时候单线程环境下也会出发这个异常，导致我们摸不着头脑，接下来具体分析一下：

当使用foreach遍历集合时对集合元素进行add / remove时，就会抛出ConcurrentModificationException。

for(String str : list){
    if(str.equals("haha")){
        list.remove(str);   //抛出异常
    }
}

在对错误分析之前，我们先对foreach进行解语法糖，进行反编译，可以得到以下代码：

Iterator iterator = userNames.iterator();
do
{
    if(!iterator.hasNext())
        break;
    String userName = (String)iterator.next();
    if(userName.equals("Jobs"))
        userNames.remove(userName);
} while(true);

可以看到，foreach底层实际上是利用iterator和while循环实现的。

发生异常的的代码是iterator的next方法，该方法中调用了checkForComodification（）方法：

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

可以发现，问题出现在于当modCount 和 expectedModCount 不相等时，就会抛出异常。那么什么是modCount ，什么是expectedModCount ，为什么remove操作会导致这两个变量不相等呢？

3. 原因分析

modCount是ArrayList中的一个成员变量，它表示集合实际被修改的次数，当ArrayList被创建时就存在了，初始值为0。

expectedModCount 是iterator中的一个成员变量，而iterator是ArrayList的一个内部类，当ArrayList调用iterator（）方法获取一个迭代器时，会创建一个iterator，并且将expectedModCount 初始化为modCount的值。只有该迭代器修改了集合，expectedModCount 才会修改。

那么，接下来我们来分析，remove操作发生了什么？

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; // clear to let GC do its work
}

可以发现，集合的remove操作只修改了modCount，而没有修改expectedModCount ，这就导致了modCount和expectedModCount 不一致。

4. 解决办法

那么如果我们想要在循环遍历中删除元素呢，该咋办？

解决办法：使用iterator遍历，使用iterator的remove方法删除元素。

Iterator<String> iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    String str = iterator.next();
    iterator.remove();   //正确做法
}

iterator的remove方法首先会调用集合list的remove方法，导致modCount++，接下来会执行expectedModCount = modCount，确保expectedModCount 和 modCount相同。

5. 总结

总结：之所以会抛出ConcurrentModificationException异常，是因为foreach底层是使用iterator来遍历，但是循环中元素的添加或者删除却是调用集合本身的方法，导致iterator在遍历过程中，发现有元素在自己不知不觉的情况下添加/删除了，就会抛出异常，告知用户可能会并发修改问题！

所以在循环中如果想要进行remove操作的话，务必使用iterator方式。另外，当出现ConcurrentModificationException，优先考虑fail-fast相关的情况，上面的例子其实并没有真正发生并发，而是fail-fast的保护机制。