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為了鎮(zhèn)樓，先搬一段英文來(lái)解釋一下 fail-fast。

In systems design, a fail-fast system is one which immediately reports at its interface any condition that is likely to indicate a failure. Fail-fast systems are usually designed to stop normal operation rather than attempt to continue a possibly flawed process. Such designs often check the system's state at several points in an operation, so any failures can be detected early. The responsibility of a fail-fast module is detecting errors, then letting the next-highest level of the system handle them.

這段話的大致意思就是，fail-fast 是一種通用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，一旦檢測(cè)到可能會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，就立馬拋出異常，程序?qū)⒉辉偻聢?zhí)行。

public void test(Wanger wanger) {    
    if (wanger == null) { 
        throw new RuntimeException("wanger 不能為空"); 
    } 
     
    System.out.println(wanger.toString()); 
} 

一旦檢測(cè)到 wanger 為 null，就立馬拋出異常，讓調(diào)用者來(lái)決定這種情況下該怎么處理，下一步 wanger.toString() 就不會(huì)執(zhí)行了——避免更嚴(yán)重的錯(cuò)誤出現(xiàn)。

很多時(shí)候，我們會(huì)把 fail-fast 歸類為 Java 集合框架的一種錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制，但其實(shí) fail-fast 并不是 Java 集合框架特有的機(jī)制。

之所以我們把 fail-fast 放在集合框架篇里介紹，是因?yàn)閱?wèn)題比較容易再現(xiàn)。

List<String> list = new ArrayList<>(); 
list.add("沉默王二"); 
list.add("沉默王三"); 
list.add("一個(gè)文章真特么有趣的程序員"); 
 
for (String str : list) { 
 if ("沉默王二".equals(str)) { 
  list.remove(str); 
 } 
} 
 
System.out.println(list); 

這段代碼看起來(lái)沒(méi)有任何問(wèn)題，但運(yùn)行起來(lái)就報(bào)錯(cuò)了。

根據(jù)錯(cuò)誤的堆棧信息，我們可以定位到 ArrayList 的第 901 行代碼。

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

也就是說(shuō)，remove 的時(shí)候觸發(fā)執(zhí)行了 checkForComodification 方法，該方法對(duì) modCount 和 expectedModCount 進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)兩者不等，就拋出了 ConcurrentModificationException 異常。

為什么會(huì)執(zhí)行 checkForComodification 方法呢?

是因?yàn)?for-each 本質(zhì)上是個(gè)語(yǔ)法糖，底層是通過(guò)迭代器 Iterator 配合 while 循環(huán)實(shí)現(xiàn)的，來(lái)看一下反編譯后的字節(jié)碼。

List<String> list = new ArrayList(); 
list.add("沉默王二"); 
list.add("沉默王三"); 
list.add("一個(gè)文章真特么有趣的程序員"); 
Iterator var2 = list.iterator(); 
 
while(var2.hasNext()) { 
    String str = (String)var2.next(); 
    if ("沉默王二".equals(str)) { 
        list.remove(str); 
    } 
} 
 
System.out.println(list); 

來(lái)看一下 ArrayList 的 iterator 方法吧：

public Iterator<E> iterator() { 
    return new Itr(); 
} 

內(nèi)部類 Itr 實(shí)現(xiàn)了 Iterator 接口。

private class Itr implements Iterator<E> { 
    int cursor;       // index of next element to return 
    int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such 
    int expectedModCount = modCount; 
 
    Itr() {} 
 
    public boolean hasNext() { 
        return cursor != size; 
    } 
 
    @SuppressWarnings("unchecked") 
    public E next() { 
        checkForComodification(); 
        int i = cursor; 
        Object[] elementData = ArrayList.this.elementData; 
        if (i >= elementData.length) 
            throw new ConcurrentModificationException(); 
        cursor = i + 1; 
        return (E) elementData[lastRet = i]; 
    } 
} 

也就是說(shuō) new Itr() 的時(shí)候 expectedModCount 被賦值為 modCount，而 modCount 是 List 的一個(gè)成員變量，表示集合被修改的次數(shù)。由于 list 此前執(zhí)行了 3 次 add 方法。

• add 方法調(diào)用 ensureCapacityInternal 方法
• ensureCapacityInternal 方法調(diào)用 ensureExplicitCapacity 方法
• ensureExplicitCapacity 方法中會(huì)執(zhí)行 modCount++

所以 modCount 的值在經(jīng)過(guò)三次 add 后為 3，于是 new Itr() 后 expectedModCount 的值也為 3。

執(zhí)行第一次循環(huán)時(shí)，發(fā)現(xiàn)“沉默王二”等于 str，于是執(zhí)行 list.remove(str)。

• remove 方法調(diào)用 fastRemove 方法
• fastRemove 方法中會(huì)執(zhí)行 modCount++

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 
} 

modCount 的值變成了 4。

執(zhí)行第二次循環(huán)時(shí)，會(huì)執(zhí)行 Itr 的 next 方法(String str = (String) var3.next();)，next 方法就會(huì)調(diào)用 checkForComodification 方法，此時(shí) expectedModCount 為 3，modCount 為 4，就只好拋出 ConcurrentModificationException 異常了。

那其實(shí)在阿里巴巴的 Java 開(kāi)發(fā)手冊(cè)里也提到了，不要在 for-each 循環(huán)里進(jìn)行元素的 remove/add 操作。remove 元素請(qǐng)使用 Iterator 方式。

那原因其實(shí)就是我們上面分析的這些，出于 fail-fast 保護(hù)機(jī)制。

那該如何正確地刪除元素呢?

1)remove 后 break

List<String> list = new ArrayList<>(); 
list.add("沉默王二"); 
list.add("沉默王三"); 
list.add("一個(gè)文章真特么有趣的程序員"); 
 
for (String str : list) { 
 if ("沉默王二".equals(str)) { 
  list.remove(str); 
  break; 
 } 
} 

break 后循環(huán)就不再遍歷了，意味著 Iterator 的 next 方法不再執(zhí)行了，也就意味著 checkForComodification 方法不再執(zhí)行了，所以異常也就不會(huì)拋出了。

但是呢，當(dāng) List 中有重復(fù)元素要?jiǎng)h除的時(shí)候，break 就不合適了。

2)for 循環(huán)

List<String> list = new ArrayList<>(); 
list.add("沉默王二"); 
list.add("沉默王三"); 
list.add("一個(gè)文章真特么有趣的程序員"); 
for (int i = 0, n = list.size(); i < n; i++) { 
 String str = list.get(i); 
 if ("沉默王二".equals(str)) { 
  list.remove(str); 
 } 
} 

for 循環(huán)雖然可以避開(kāi) fail-fast 保護(hù)機(jī)制，也就說(shuō) remove 元素后不再拋出異常;但是呢，這段程序在原則上是有問(wèn)題的。為什么呢?

第一次循環(huán)的時(shí)候，i 為 0，list.size() 為 3，當(dāng)執(zhí)行完 remove 方法后，i 為 1，list.size() 卻變成了 2，因?yàn)? list 的大小在 remove 后發(fā)生了變化，也就意味著“沉默王三”這個(gè)元素被跳過(guò)了。能明白嗎?

remove 之前 list.get(1) 為“沉默王三”;但 remove 之后 list.get(1) 變成了“一個(gè)文章真特么有趣的程序員”，而 list.get(0) 變成了“沉默王三”。

3)使用 Iterator

List<String> list = new ArrayList<>(); 
list.add("沉默王二"); 
list.add("沉默王三"); 
list.add("一個(gè)文章真特么有趣的程序員"); 
 
Iterator<String> itr = list.iterator(); 
 
while (itr.hasNext()) { 
 String str = itr.next(); 
 if ("沉默王二".equals(str)) { 
  itr.remove(); 
 } 
} 

為什么使用 Iterator 的 remove 方法就可以避開(kāi) fail-fast 保護(hù)機(jī)制呢?看一下 remove 的源碼就明白了。

public void remove() { 
    if (lastRet < 0) 
        throw new IllegalStateException(); 
    checkForComodification(); 
 
    try { 
        ArrayList.this.remove(lastRet); 
        cursor = lastRet; 
        lastRet = -1; 
        expectedModCount = modCount; 
    } catch (IndexOutOfBoundsException ex) { 
        throw new ConcurrentModificationException(); 
    } 
} 

刪除完會(huì)執(zhí)行 expectedModCount = modCount，保證了 expectedModCount 與 modCount 的同步。

簡(jiǎn)單地總結(jié)一下，fail-fast 是一種保護(hù)機(jī)制，可以通過(guò) for-each 循環(huán)刪除集合的元素的方式驗(yàn)證這種保護(hù)機(jī)制。 

那也就是說(shuō)，for-each 本質(zhì)上是一種語(yǔ)法糖，遍歷集合時(shí)很方面，但并不適合拿來(lái)操作集合中的元素(增刪)。

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