9.fail-fast 机制与 ConcurrentModificationException 深度剖析

🧱 Java基础与集合篇 · 第9篇

主题：fail-fast 机制与 ConcurrentModificationException 深度剖析

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🎯 你将收获：fail-fast 原理、modCount 机制、触发条件、解决方案与面试答题模板。
💡 这是集合遍历安全性中的“灵魂一问”，面试必备。

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一、面试开场问题

💬 面试官：

1. 为什么在遍历 ArrayList 时删除元素会抛异常？
2. fail-fast 是什么？fail-safe 又是什么？
3. 如何安全地在遍历时修改集合？

答好这题，能直接体现你对集合底层一致性机制的理解。

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二、什么是 fail-fast 机制？

fail-fast（快速失败）是 Java 集合框架的安全机制：
当集合在遍历过程中被结构性修改（增删元素）时，会立即抛出异常，防止数据不一致。

☕️ 一句话记忆：
“遍历中乱改，立刻报错。”

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三、触发场景示例

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");
for (String s : list) {
    if ("B".equals(s)) {
        list.remove(s); // 抛出异常！
    }
}

输出：

Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException

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四、底层原理：modCount 机制

modCount 是集合（如 ArrayList、HashMap）中的一个字段，用于记录结构修改次数。

在 ArrayList 中定义如下：

protected transient int modCount = 0;

每当集合结构性修改（add、remove、clear）时，都会执行：

modCount++;

而迭代器在创建时，会记录当前的期望修改次数：

private class Itr implements Iterator<E> {
    int expectedModCount = modCount;
}

在每次 next() 时进行校验：

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

✅ 当遍历时检测到集合被修改（modCount变化），就会触发 fail-fast。

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五、fail-fast 是怎么“快”的？

• 检测机制不是延迟检查，而是即时发现；
• 抛出异常后立刻中止操作，防止数据错乱；
• 不是线程安全手段，而是一种错误提醒机制。

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六、fail-fast 与 fail-safe 的区别

类型	工作原理	实现方式	是否抛异常
fail-fast	直接访问原集合，检测 modCount 变化	普通集合（ArrayList、HashMap）	✅ 抛出 ConcurrentModificationException
fail-safe	迭代时基于副本（CopyOnWrite 或快照）	并发集合（ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList）	❌ 不抛异常（数据弱一致）

☕️ 口诀：“快失败即报错，安全副本不冲突。”

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七、常见触发位置

集合类型	内部触发点	检查位置
ArrayList	Itr.next() / Itr.remove()	checkForComodification()
HashMap	HashIterator.nextNode()	checkForComodification()
LinkedList	ListItr.next()	checkForComodification()

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八、常见错误示例

List<Integer> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(1, 2, 3, 4));
for (Integer i : list) {
    if (i == 3) list.remove(i); // ❌ ConcurrentModificationException
}

即使你使用增强 for 循环（底层就是 Iterator），也会报错。

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九、安全的三种解决方案

方案	实现方式	说明
✅ 使用 Iterator.remove()	在迭代器中安全删除	Iterator 内部同步更新 expectedModCount
✅ 使用 CopyOnWriteArrayList	并发安全，基于副本	修改不会影响当前遍历
✅ 使用 Stream 过滤	新建集合，不直接修改原集合	函数式写法简洁

示例1：Iterator.remove()

Iterator<Integer> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    if (it.next() == 3) it.remove(); // ✅ 安全
}

示例2：CopyOnWriteArrayList

List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>(Arrays.asList(1,2,3,4));
for (Integer i : list) {
    if (i == 3) list.remove(i); // ✅ 不报错
}

示例3：Stream 方式

list = list.stream()
           .filter(i -> i != 3)
           .collect(Collectors.toList());

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十、fail-fast 在多线程中的陷阱

fail-fast 不是 并发控制机制：
如果两个线程同时操作同一个 ArrayList，一个在遍历，一个在修改 → 一定抛异常。

要并发安全，请使用：

• CopyOnWriteArrayList
• ConcurrentHashMap
• ConcurrentLinkedQueue

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十一、面试官追问清单

问题	答题要点
fail-fast 是什么？	遍历期间检测结构性修改并报错机制。
为什么抛异常？	modCount 与 expectedModCount 不一致。
怎么避免？	Iterator.remove、CopyOnWriteArrayList、Stream。
fail-safe 是什么？	基于副本的安全遍历，不报错。
fail-fast 是线程安全的吗？	否，只是检测机制。

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十二、项目实践建议

场景	推荐方式
单线程修改遍历	使用 Iterator.remove()
多线程读多写少	使用 CopyOnWriteArrayList
多线程频繁写	使用 ConcurrentHashMap
高性能流式操作	使用 Stream.filter()

实际工程中，如果你要修改集合，请不要用增强 for，要用 Iterator 或 Stream。

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十三、口诀记忆

☕️ “遍历乱改立刻炸，安全修改用迭代；副本集合不冲突，fail-fast早预警。”

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十四、小结

知识点	要点
fail-fast 原理	modCount 检测结构修改
报错类型	ConcurrentModificationException
fail-safe 对比	基于副本，弱一致性，不报错
安全修改方式	Iterator.remove / CopyOnWrite / Stream
是否线程安全	否，仅检测机制

✅ 一句话总结：“fail-fast 是警钟，不是防弹衣。”

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