简述快速失败(fail-fast)和安全失败(fail-safe)的区别 ？

1：快速失败（fail-fast）:
在用迭代器遍历一个集合对象时，如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改（增加、删除、修改），则会抛出Concurrent Modification Exception。
原理：迭代器在遍历时直接访问集合中的内容，并且在遍历过程中使用一个 modCount 变量。集合在被遍历期间如果内容发生变化，就会改变modCount的值。每当迭代器使用hashNext()/next()遍历下一个元素之前，都会检测modCount变量是否为expectedmodCount值，是的话就返回遍历；否则抛出异常，终止遍历。
注意：这里异常的抛出条件是检测到 modCount！=expectedmodCount 这个条件。如果集合发生变化时修改modCount值刚好又设置为了expectedmodCount值，则异常不会抛出。因此，不能依赖于这个异常是否抛出而进行并发操作的编程，这个异常只建议用于检测并发修改的bug。
场景：java.util包下的集合类都是快速失败的，不能在多线程下发生并发修改（迭代过程中被修改）。

2：安全失败（fail-safe）:
采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。
原理：由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历，所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到，所以不会触发Concurrent Modification Exception。
缺点：基于拷贝内容的优点是避免了Concurrent Modification Exception，但同样地，迭代器并不能访问到修改后的内容，即：迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝，在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的。
场景：java.util.concurrent包下的容器都是安全失败，可以在多线程下并发使用，并发修改。

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fail-fast和fail-safe的区别： 

fail-safe允许在遍历的过程中对容器中的数据进行修改，而fail-fast则不允许。

fail-fast ( 快速失败 )

fail-fast:直接在容器上进行遍历，在遍历过程中，一旦发现容器中的数据被修改了，会立刻抛出ConcurrentModificationException异常导致遍历失败。java.util包下的集合类都是快速失败机制的, 常见的的使用fail-fast方式遍历的容器有HashMap和ArrayList等。

在使用迭代器遍历一个集合对象时,比如增强for,如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改(增删改),会抛出ConcurrentModificationException 异常.

fail-fast的出现场景

在我们常见的java集合中就可能出现fail-fast机制,比如ArrayList，HashMap。在多线程和单线程环境下都有可能出现快速失败。

1、单线程环境下的fail-fast：

ArrayList发生fail-fast例子：

public static void main(String[] args) {

    List<String> list = new ArrayList<>();

    for (int i = 0 ; i < 10 ; i++ ) {

        list.add(i + "");

    }

    Iterator<String> iterator = list.iterator();

    int i = 0 ;

    while(iterator.hasNext()) {

        if (i == 3) {

             list.remove(3);//异常的根源

        }

        System.out.println(iterator.next());

        i ++;

    }

} 

该段代码定义了一个Arraylist集合，并使用迭代器遍历，在遍历过程中，刻意在某一步迭代中remove一个元素，这个时候，就会发生fail-fast。

HashMap发生fail-fast：

public static void main(String[] args) {

    Map<String, String> map = new HashMap<>();

    for (int i = 0 ; i < 10 ; i ++ ) {

        map.put(i+"", i+"");

    }

    Iterator<Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();

    int i = 0;

    while (it.hasNext()) {

       if (i == 3) {

           map.remove(3+"");//异常的根源

       }

       Entry<String, String> entry = it.next();

       System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());

          i++;

    }

}

该段代码定义了一个hashmap对象并存放了10个键值对，在迭代遍历过程中，使用map的remove方法移除了一个元素，导致抛出了ConcurrentModificationException异常：

2、多线程环境下：

public class FailFastTest {

     public static List<String> list = new ArrayList<>();

      private static class MyThread1 extends Thread {

           @Override

           public void run() {

                Iterator<String> iterator = list.iterator();

                while(iterator.hasNext()) {

                     String s = iterator.next();

                     System.out.println(this.getName() + ":" + s);

                     try {

                       Thread.sleep(1000);

                     } catch (InterruptedException e) {

                        e.printStackTrace();

                     }

                }

                super.run();

           }

     } 

     private static class MyThread2 extends Thread {

           int i = 0;

           @Override

           public void run() {

                while (i < 10) {

                     System.out.println("thread2:" + i);

                     if (i == 2) {

                         list.remove(i);

                     }

                     try {

                         Thread.sleep(1000);

                     } catch (InterruptedException e) {

                         e.printStackTrace();

                     }

                     i ++;

                }

           }

     } 

     public static void main(String[] args) {

           for(int i = 0 ; i < 10;i++){

               list.add(i+"");

           }

           MyThread1 thread1 = new MyThread1();

           MyThread2 thread2 = new MyThread2();

           thread1.setName("thread1");

           thread2.setName("thread2");

           thread1.start();

           thread2.start();

     }

}

启动两个线程，分别对其中一个对list进行迭代，另一个在线程1的迭代过程中去remove一个元素，结果也是抛出了java.util.ConcurrentModificationException

fail-fast的原理：

fail-fast是如何抛出ConcurrentModificationException异常的，又是在什么情况下才会抛出?

我们知道，对于集合如list，map类，我们都可以通过迭代器来遍历，而Iterator其实只是一个接口，具体的实现还是要看具体的集合类中的内部类去实现Iterator并实现相关方法。这里我们就以ArrayList类为例。在ArrayList中，当调用list.iterator()时，其源码是： 

public Iterator<E> iterator() {

        return new Itr();

}

即它会返回一个新的Itr类，而Itr类是ArrayList的内部类，实现了Iterator接口，下面是该类的源码：

    /**

     * An optimized version of AbstractList.Itr

     */

    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;

         public boolean hasNext() {

            return cursor != size;

        }

         @SuppressWarnings("unchecked")

        public E next() {

            checkForComodification();

            int i = cursor;

            if (i >= size)

                throw new NoSuchElementException();

            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;

            if (i >= elementData.length)

                throw new ConcurrentModificationException();

            cursor = i + 1;

            return (E) elementData[lastRet = i];

        } 

        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();

            }

        }

         @Override

        @SuppressWarnings("unchecked")

        public void forEachRemaining(Consumer<? super E> consumer) {

            Objects.requireNonNull(consumer);

            final int size = ArrayList.this.size;

            int i = cursor;

            if (i >= size) {

                return;

            }

            final Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;

            if (i >= elementData.length) {

                throw new ConcurrentModificationException();

            }

            while (i != size && modCount == expectedModCount) {

                consumer.accept((E) elementData[i++]);

            }

            // update once at end of iteration to reduce heap write traffic

            cursor = i;

            lastRet = i - 1;

            checkForComodification();

        }

         final void checkForComodification() {

            if (modCount != expectedModCount)

                throw new ConcurrentModificationException();

        }

    }

其中，有三个属性：

int cursor;       // index of next element to return

int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such

int expectedModCount = modCount;

cursor是指集合遍历过程中的即将遍历的元素的索引，lastRet是cursor -1，默认为-1，即不存在上一个时，为-1，它主要用于记录刚刚遍历过的元素的索引。expectedModCount这个就是fail-fast判断的关键变量了，它初始值就为ArrayList中的modCount。（modCount是抽象类AbstractList中的变量，默认为0，而ArrayList 继承了AbstractList ，所以也有这个变量，modCount用于记录集合操作过程中作的修改次数，与size还是有区别的，并不一定等于size）

我们一步一步来看：

 public boolean hasNext() {

      return cursor != size;

 }

迭代器迭代结束的标志就是hasNext()返回false，而该方法就是用cursor游标和size(集合中的元素数目)进行对比，当cursor等于size时，表示已经遍历完成。

接下来看看最关心的next()方法，看看为什么在迭代过程中，如果有线程对集合结构做出改变，就会发生fail-fast：

@SuppressWarnings("unchecked")

public E next() {

    checkForComodification();

    int i = cursor;

    if (i >= size)

         throw new NoSuchElementException();

    Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;

    if (i >= elementData.length)

         throw new ConcurrentModificationException();

    cursor = i + 1;

    return (E) elementData[lastRet = i];

}

从源码知道，每次调用next()方法，在实际访问元素前，都会调用checkForComodification方法，该方法源码如下：

final void checkForComodification() {

    if (modCount != expectedModCount)

      throw new ConcurrentModificationException();

}

可以看出，该方法才是判断是否抛出ConcurrentModificationException异常的关键。在该段代码中，当modCount != expectedModCount时，就会抛出该异常。但是在一开始的时候，expectedModCount初始值默认等于modCount，为什么会出现modCount != expectedModCount，很明显expectedModCount在整个迭代过程除了一开始赋予初始值modCount外，并没有再发生改变，所以可能发生改变的就只有modCount，在前面关于ArrayList扩容机制的分析中，可以知道在ArrayList进行add，remove，clear等涉及到修改集合中的元素个数的操作时，modCount就会发生改变(modCount ++),所以当另一个线程(并发修改)或者同一个线程遍历过程中，调用相关方法使集合的个数发生改变，就会使modCount发生变化，这样在checkForComodification方法中就会抛出ConcurrentModificationException异常。

类似的，hashMap中发生的原理也是一样的。

避免fail-fast的方法：

了解了fail-fast机制的产生原理，接下来就看看如何解决fail-fast

方法1

在单线程的遍历过程中，如果要进行remove操作，可以调用迭代器的remove方法而不是集合类的remove方法。看看ArrayList中迭代器的remove方法的源码：

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();

   }

}

  可以看到，该remove方法并不会修改modCount的值，并且不会对后面的遍历造成影响，因为该方法remove不能指定元素，只能remove当前遍历过的那个元素，所以调用该方法并不会发生fail-fast现象。该方法有局限性。

例子：

public static void main(String[] args) {

   List<String> list = new ArrayList<>();

   for (int i = 0 ; i < 10 ; i++ ) {

       list.add(i + "");

   }

   Iterator<String> iterator = list.iterator();

   int i = 0 ;

   while(iterator.hasNext()) {

       if (i == 3) {

           iterator.remove(); //迭代器的remove()方法

       }

       System.out.println(iterator.next());

       i ++;

   }

}

方法2

使用fail-safe机制，使用java并发包(java.util.concurrent)中的CopyOnWriterArrayList类来代替ArrayList，使用 ConcurrentHashMap来代替hashMap。

fail-safe ( 安全失败 )

fail-safe:这种遍历基于容器的一个克隆。因此，对容器内容的修改不影响遍历。java.util.concurrent包下的容器都是安全失败的,可以在多线程下并发使用,并发修改。常见的的使用fail-safe方式遍历的容器有ConcerrentHashMap和CopyOnWriteArrayList等。

原理：

采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历，所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到，所以不会触发Concurrent Modification Exception。

缺点：基于拷贝内容的优点是避免了Concurrent Modification Exception，但同样地，迭代器并不能访问到修改后的内容，即：迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝，在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-724763.html

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