集合中的 fail-fast 和 fail-safe 是什么？别再被这个经典坑住了！-优快云博客

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👨‍💻 导语：
你是否在面试中被问到：“你知道 fail-fast 和 fail-safe 的区别吗？”这个问题不仅高频，而且经常作为并发与集合机制的结合考点出现。回答模糊，很容易被打上“不够扎实”的标签。这篇文章将帮你彻底搞懂两者的原理、底层机制、面试答题策略和实战注意事项，助你在面试中脱颖而出。

一、面试主题概述：什么是 fail-fast 和 fail-safe？

在 Java 的集合框架中，fail-fast（快速失败） 和 fail-safe（安全失败） 是描述迭代器在集合被修改时的行为机制。

fail-fast：在遍历过程中，如果检测到集合被结构性修改（除迭代器自身的 remove() 外），会立即抛出 ConcurrentModificationException。
fail-safe：在遍历过程中，允许集合被修改，因为其基于原始集合的拷贝副本进行遍历，不会抛出异常。

这两种机制与线程安全、集合类型、性能代价等都息息相关，是面试官判断你是否真正掌握集合底层设计思路的重要依据。

二、高频面试题汇总

什么是 fail-fast 和 fail-safe？它们之间的区别是什么？
哪些 Java 集合是 fail-fast 的？哪些是 fail-safe 的？
为什么 fail-fast 会抛出 ConcurrentModificationException？其原理是什么？
如何在并发场景下安全地遍历集合？
CopyOnWriteArrayList 是线程安全的吗？为什么不会抛出 ConcurrentModificationException？

三、重点题目详解

❶ 什么是 fail-fast 和 fail-safe？区别在哪里？

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");

for (String item : list) {
    if ("A".equals(item)) {
        list.remove(item); // 这里将抛出 ConcurrentModificationException
    }
}

✅ 输出异常：

Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException

✅ fail-fast 特点：

常见于：ArrayList, HashMap, HashSet, LinkedList 等非线程安全集合。
触发条件：在使用迭代器遍历时，集合被结构性修改（如 add/remove）。
异常类型：ConcurrentModificationException
实现机制：通过 modCount + expectedModCount 校验（详见下题解析）

❷ fail-fast 是怎么实现的？为什么会抛出异常？

public class CustomIterator<E> implements Iterator<E> {
    private int expectedModCount = list.modCount;

    public E next() {
        if (expectedModCount != list.modCount) {
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
        // 正常迭代逻辑...
    }
}

✅ 机制解析：

集合维护了一个 modCount 字段，每当集合结构发生变化（添加/删除）时，该值会加一。
迭代器初始化时会复制一个 expectedModCount。
每次调用 next() 或 hasNext() 时会进行校验：
- 如果不一致，说明有“并发修改”，立即 fail-fast。

✅ 拓展：

fail-fast 不是绝对安全机制，它只是快速暴露问题，不能防止并发修改带来的逻辑错误。

❸ CopyOnWriteArrayList 是如何做到 fail-safe 的？

CopyOnWriteArrayList<String> cowList = new CopyOnWriteArrayList<>();
cowList.add("X");
cowList.add("Y");

for (String item : cowList) {
    cowList.remove(item); // 不会抛出异常！
}

✅ 机制解析：

CopyOnWriteArrayList / CopyOnWriteArraySet 是 fail-safe 的代表。
每次写操作都会创建一份新的数组副本，不影响当前迭代器遍历的旧数组。
因此，不会抛出 ConcurrentModificationException。

✅ 面试提醒：

虽然 CopyOnWrite 很安全，但代价是每次写操作都开销较大，因此不适合高频写场景。

❹ 如何在并发环境下安全地遍历集合？

✅ 推荐做法：

使用线程安全集合：如 CopyOnWriteArrayList、ConcurrentHashMap。
手动加锁：给集合加外部锁（不推荐，易出错）
使用 Collections.synchronizedList() 包装同步集合，但仍需注意遍历时要加锁：

List<String> syncList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
synchronized (syncList) {
    for (String item : syncList) {
        // 安全遍历
    }
}