java.util.ConcurrentModificationException

转自：http://www.2cto.com/kf/201403/286536.html

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<string> myList = new ArrayList<string>();
 
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<string> it = myList.iterator();
 while (it.hasNext()) {
     String value = it.next();
      if (value.equals( "3")) {
          myList.remove(value);  // error
     }
}
 
 for (Iterator<string> 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。

从API中可以看到List等Collection的实现并没有同步化，如果在多 线程应用程序中出现同时访问，而且出现修改操作的时候都要求外部操作同步化；调用Iterator操作获得的Iterator对象在多线程修改Set的时 候也自动失效，并抛出java.util.ConcurrentModificationException。这种实现机制是fail-fast，对外部 的修改并不能提供任何保证。
网上查找的关于Iterator的工作机制。Iterator是工作在一个独立的线程中，并且拥有一个 mutex锁，就是说Iterator在工作的时候，是不允许被迭代的对象被改变的。Iterator被创建的时候，建立了一个内存索引表（单链表），这 个索引表指向原来的对象，当原来的对象数量改变的时候，这个索引表的内容没有同步改变，所以当索引指针往下移动的时候，便找不到要迭代的对象，于是产生错 误。List、Set等是动态的，可变对象数量的数据结构，但是Iterator则是单向不可变，只能顺序读取，不能逆序操作的数据结构，当 Iterator指向的原始数据发生变化时，Iterator自己就迷失了方向。
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<e> extends AbstractList<e>
        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<e> iterator() {
        return new ArrayListIterator();
    }   
         
    private class ArrayListIterator implements Iterator<e> {
          ......
    
          // 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<e> 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<string> 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<string> templist = new ArrayList<string>();
 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<string> myList = new CopyOnWriteArrayList<string>();
myList.add( "1");
myList.add( "2");
myList.add( "3");
myList.add( "4");
myList.add( "5");
 
Iterator<string> 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<string> 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<string> 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<string> myList = new CopyOnWriteArrayList<string>();
 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

三、参考资料

《How to Avoid ConcurrentModificationException when using an Iterator》