Java 如何繞過迭代器遍歷時的數據修改異常

前言

既然是繞過迭代器遍歷時的數據修改異常,那麼有必要先看一下是什麼樣的異常。如果在集合的迭代器遍歷時嘗試更新集合中的數據,比如像下面這樣,我想輸出 Hello,World,Java,迭代時卻發現多瞭一個 C++ 元素,如果直接刪除掉的話。

List<String> list = new ArrayList<>();
Collections.addAll(list, "Hello", "World", "C++", "Java");
// 我想輸出 Hello,World,Java,迭代時發現多一個 C++,所以直接刪除掉。
Iterator iterator = list.iterator();
System.out.println(iterator.next());
System.out.println(iterator.next());
list.remove("C++");
System.out.println(iterator.next());

那麼我想你一定會遇到一個異常 ConcurrentModificationExceptio

Hello
World

java.util.ConcurrentModificationException
	at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:907)
	at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:857)
	at com.wdbyte.lab.jdk.ModCountDemo.updateCollections(ModCountDemo.java:26)

這個異常在剛開始學習 Java 或者使用其他的非線程安全的集合過程中可能都有遇到過。導致這個報錯出現的原因就和我們操作的一樣,對於某些集合,不建議在遍歷時進行數據修改,因為這樣會數據出現不確定性。

那麼如何繞過這個錯誤呢?這篇文章中腦洞大開的三種方式一定不會讓你失望。

異常原因

這不是一篇源碼分析的文章,但是為瞭介紹繞過這個異常出現的原因,還是要提一下的,已經知道的同學可以直接跳過。

根據上面的報錯,可以追蹤到報錯位置 ArrayList.java 的 857 行和 907 行,追蹤源碼可以發現在迭代器的 next 方法的第一行,調用瞭 checkForComodification() 方法。

而這個方法直接進行瞭一個把變量 modCountexpectedModCount 進行瞭對比,如果不一致就會拋出來 ConcurrentModificationException 異常。

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

那麼 modCount 這個變量存儲的是什麼信息呢?

/**
 * The number of times this list has been <i>structurally modified</i>.
 * Structural modifications are those that change the size of the
 * list, or otherwise perturb it in such a fashion that iterations in
 * progress may yield incorrect results.
 *
 * <p>This field is used by the iterator and list iterator implementation
 * returned by the {@code iterator} and {@code listIterator} methods.
 * If the value of this field changes unexpectedly, the iterator (or list
 * iterator) will throw a {@code ConcurrentModificationException} in
 * response to the {@code next}, {@code remove}, {@code previous},
 * {@code set} or {@code add} operations.  This provides
 * <i>fail-fast</i> behavior, rather than non-deterministic behavior in
 * the face of concurrent modification during iteration.
 *
 * <p><b>Use of this field by subclasses is optional.</b> If a subclass
 * wishes to provide fail-fast iterators (and list iterators), then it
 * merely has to increment this field in its {@code add(int, E)} and
 * {@code remove(int)} methods (and any other methods that it overrides
 * that result in structural modifications to the list).  A single call to
 * {@code add(int, E)} or {@code remove(int)} must add no more than
 * one to this field, or the iterators (and list iterators) will throw
 * bogus {@code ConcurrentModificationExceptions}.  If an implementation
 * does not wish to provide fail-fast iterators, this field may be
 * ignored.
 */
protected transient int modCount = 0;

直接看源碼註釋吧,直接翻譯一下意思就是說 modCount 數值記錄的是列表的結構被修改的次數,結構修改是指那些改變列表大小的修改,或者以某種方式擾亂列表,從而使得正在進行的迭代可能產生不正確的結果。同時也指出瞭這個字段通常會在迭代器 iterator 和 listIterator 返回的結果中使用,如果 modCount 和預期的值不一樣,會拋出 ConcurrentModificationException 異常。

而上面與 modCount 進行對比的字段 expectedModCount 的值,其實是在創建迭代器時,從 modCount 獲取的值。如果列表結構沒有被修改過,那麼兩者的值應該是一致的。

繞過方式一:40 多億次循環繞過

上面分析瞭異常產生的位置和原因,是因為 modCount 的當前值和創建迭代器時的值有所變化。所以第一種思路很簡單,我們隻要能讓兩者的值一致就可以瞭。在源碼 int modCount = 0; 中可以看到 modCount 的數據類型是 INT ,既然是 INT ,就是有數據范圍,每次更新列表結構 modCount 都會增1,那麼是不是可以增加到 INT 數據類型的值的最大值溢出到負數,再繼續增加直到變回原來的值呢?如果可以這樣,首先要有一種操作可以在更新列表結構的同時不修改數據。為此翻閱瞭源碼尋找這樣的方法。還真的存在這樣的方法。

public void trimToSize() {
    modCount++;
    if (size < elementData.length) {
        elementData = (size == 0)
          ? EMPTY_ELEMENTDATA
          : Arrays.copyOf(elementData, size);
    }
}

上來就遞增瞭 modCount,同時沒有修改任何數據,隻是把數據的存儲進行瞭壓縮。

List<String> list = new ArrayList<>();
Collections.addAll(list, "Hello", "World", "C++", "Java");

list.listIterator();
Iterator iterator = list.iterator();
System.out.println(iterator.next());
System.out.println(iterator.next());
list.remove("C++");
// 40 多億次遍歷,溢出到負數,繼續溢出到原值
for (int n = Integer.MIN_VALUE; n < Integer.MAX_VALUE; n++) ((ArrayList) list).trimToSize();
System.out.println(iterator.next());

正確輸出瞭想要的 Hello,World,Java 。

繞過方式二:線程加對象鎖繞過

分析一下我們的代碼,每次輸出的都是 System.out.println(iterator.next());。可以看出來是先運行瞭迭代器 next 方法,然後才運行瞭System.out 進行輸出。所以第二種思路是先把第三個元素C++ 更新為Java ,然後啟動一個線程,在迭代器再次調用 next 方法後,把第四個元素移除掉。這樣就輸出瞭我們想要的結果。

List<String> list = new ArrayList<>();
Collections.addAll(list, "Hello", "World", "C++", "Java");

list.listIterator();
Iterator iterator = list.iterator();
System.out.println(iterator.next());
System.out.println(iterator.next());

// 開始操作
list.set(2, "Java");
Phaser phaser = new Phaser(2);
Thread main = Thread.currentThread();
new Thread(() -> {
    synchronized (System.out) {
        phaser.arriveAndDeregister();
        while (main.getState() != State.BLOCKED) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        list.remove(3);
    }
}).start();
phaser.arriveAndAwaitAdvance();

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

// 輸出集合
System.out.println(list);

/**
 * 得到輸出
 * 
 * Hello
 * World
 * Java
 * [Hello, World, Java]
 */

正確輸出瞭想要的 Hello,World,Java 。這裡簡單說一下代碼中的思路,Phaser 是 JDK 7 的新增類,是一個階段執行處理器。構造時的參數 parties 的值為2,說明需要兩個參與方完成時才會進行到下一個階段。而 arriveAndAwaitAdvance 方法被調用時,可以讓一個參與方到達。

所以線程中對 System.out 進行加鎖,然後執行 arriveAndAwaitAdvance 使一個參與方報告完成,此時會阻塞,等到另一個參與方報告完成後,線程進入到一個主線程不為阻塞狀態時的循環。

這時主線程執行 System.out.println(iterator.next()); 。獲取到迭代器的值進行輸出時,因為線程內的加鎖原因,主線程會被阻塞。知道線程內把集合的最後一個元素移除,線程處理完成才會繼續。

繞過方式三:利用類型擦除放入魔法對象

在創建集合的時候為瞭減少錯誤概率,我們會使用泛型限制放入的數據類型,其實呢,泛型限制的集合在運行時也是沒有限制的,我們可以放入任何對象。所以我們可以利用這一點做些文章。

List<String> list = new ArrayList<>();
Collections.addAll(list, "Hello", "World", "C++", "Java");

list.listIterator();
Iterator iterator = list.iterator();
System.out.println(iterator.next());
System.out.println(iterator.next());

// 開始操作
((List)list).set(2, new Object() {
    public String toString() {
        String s = list.get(3);
        list.remove(this);
        return s;
    }
});

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

代碼裡直接把第三個元素放入瞭一個魔法對象,重寫瞭 toString() 方法,內容是返回集合的第四個元素,然後刪除第三個元素,這樣就可以得到想要的 Hello,World,Java 輸出。

上面就是繞過迭代器遍歷時的數據修改報錯的三種方法瞭,不管實用性如何,我覺得每一種都是大開腦洞的操作,這些操作都需要對某個知識點有一定的瞭解

以上就是Java 如何繞過迭代器遍歷時的數據修改異常的詳細內容,更多關於Java 遍歷時的數據修改異常的資料請關註WalkonNet其它相關文章!