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Java ConcurrentModificationException异常原因和解决方法
在前面一篇文章中提到，对Vector、ArrayList在迭代的时候如果同时对其进行修改就会抛出java.util.ConcurrentModificationException异常。下面我们就来讨论以下这个异常出现的原因以及解决办法。
以下是本文目录大纲：
一.ConcurrentModificationException异常出现的原因
二.在单线程环境下的解决办法
三.在多线程环境下的解决方法
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一.ConcurrentModificationException异常出现的原因
先看下面这段代码：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | public class Test { public static void main(String[] args) { ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); list.add( 2 ); Iterator<Integer> iterator = list.iterator(); while (iterator.hasNext()){ Integer integer = iterator.next(); if (integer== 2 ) list.remove(integer); } } } |
运行结果：
从异常信息可以发现，异常出现在checkForComodification()方法中。
我们不忙看checkForComodification()方法的具体实现，我们先根据程序的代码一步一步看ArrayList源码的实现：
首先看ArrayList的iterator()方法的具体实现，查看源码发现在ArrayList的源码中并没有iterator()这个方法，那么很显然这个方法应该是其父类或者实现的接口中的方法，我们在其父类AbstractList中找到了iterator()方法的具体实现，下面是其实现代码：
| 1 2 3 | public Iterator<E> iterator() { return new Itr(); } |
从这段代码可以看出返回的是一个指向Itr类型对象的引用，我们接着看Itr的具体实现，在AbstractList类中找到了Itr类的具体实现，它是AbstractList的一个成员内部类，下面这段代码是Itr类的所有实现：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 | private class Itr implements Iterator<E> { int cursor = 0 ; int lastRet = - 1 ; int expectedModCount = modCount; public boolean hasNext() { return cursor != size(); } public E next() { checkForComodification(); try { E next = get(cursor); lastRet = cursor++; return next; } catch (IndexOutOfBoundsException e) { checkForComodification(); throw new NoSuchElementException(); } } public void remove() { if (lastRet == - 1 ) throw new IllegalStateException(); checkForComodification(); try { AbstractList. this .remove(lastRet); if (lastRet < cursor) cursor--; lastRet = - 1 ; expectedModCount = modCount; } catch (IndexOutOfBoundsException e) { throw new ConcurrentModificationException(); } } final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); } } |
首先我们看一下它的几个成员变量：
cursor：表示下一个要访问的元素的索引，从next()方法的具体实现就可看出
lastRet：表示上一个访问的元素的索引
expectedModCount：表示对ArrayList修改次数的期望值，它的初始值为modCount。
modCount是AbstractList类中的一个成员变量
| 1 | protected transient int modCount = 0 ; |
该值表示对List的修改次数，查看ArrayList的add()和remove()方法就可以发现，每次调用add()方法或者remove()方法就会对modCount进行加1操作。
好了，到这里我们再看看上面的程序：
当调用list.iterator()返回一个Iterator之后，通过Iterator的hashNext()方法判断是否还有元素未被访问，我们看一下hasNext()方法，hashNext()方法的实现很简单：
| 1 2 3 | public boolean hasNext() { return cursor != size(); } |
如果下一个访问的元素下标不等于ArrayList的大小，就表示有元素需要访问，这个很容易理解，如果下一个访问元素的下标等于ArrayList的大小，则肯定到达末尾了。
然后通过Iterator的next()方法获取到下标为0的元素，我们看一下next()方法的具体实现：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | public E next() { checkForComodification(); try { E next = get(cursor); lastRet = cursor++; return next; } catch (IndexOutOfBoundsException e) { checkForComodification(); throw new NoSuchElementException(); } } |
这里是非常关键的地方：首先在next()方法中会调用checkForComodification()方法，然后根据cursor的值获取到元素，接着将cursor的值赋给lastRet，并对cursor的值进行加1操作。初始时，cursor为0，lastRet为-1，那么调用一次之后，cursor的值为1，lastRet的值为0。注意此时，modCount为0，expectedModCount也为0。
接着往下看，程序中判断当前元素的值是否为2，若为2，则调用list.remove()方法来删除该元素。
我们看一下在ArrayList中的remove()方法做了什么：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 | public boolean remove(Object o) { if (o == null ) { for ( int index = 0 ; index < size; index++) if (elementData[index] == null ) { fastRemove(index); return true ; } } else { for ( int index = 0 ; index < size; index++) if (o.equals(elementData[index])) { fastRemove(index); return true ; } } return false ; } 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 ; // Let gc do its work } |
通过remove方法删除元素最终是调用的fastRemove()方法，在fastRemove()方法中，首先对modCount进行加1操作（因为对集合修改了一次），然后接下来就是删除元素的操作，最后将size进行减1操作，并将引用置为null以方便垃圾收集器进行回收工作。
那么注意此时各个变量的值：对于iterator，其expectedModCount为0，cursor的值为1，lastRet的值为0。
对于list，其modCount为1，size为0。
接着看程序代码，执行完删除操作后，继续while循环，调用hasNext方法()判断，由于此时cursor为1，而size为0，那么返回true，所以继续执行while循环，然后继续调用iterator的next()方法：
注意，此时要注意next()方法中的第一句：checkForComodification()。
在checkForComodification方法中进行的操作是：
| 1 2 3 4 | final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount) throw new ConcurrentModificationException(); } |
如果modCount不等于expectedModCount，则抛出ConcurrentModificationException异常。
很显然，此时modCount为1，而expectedModCount为0，因此程序就抛出了ConcurrentModificationException异常。
到这里，想必大家应该明白为何上述代码会抛出ConcurrentModificationException异常了。
关键点就在于：调用list.remove()方法导致modCount和expectedModCount的值不一致。
注意，像使用for-each进行迭代实际上也会出现这种问题。
二.在单线程环境下的解决办法
既然知道原因了，那么如何解决呢？
其实很简单，细心的朋友可能发现在Itr类中也给出了一个remove()方法：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | public void remove() { if (lastRet == - 1 ) throw new IllegalStateException(); checkForComodification(); try { AbstractList. this .remove(lastRet); if (lastRet < cursor) cursor--; lastRet = - 1 ; expectedModCount = modCount; } catch (IndexOutOfBoundsException e) { throw new ConcurrentModificationException(); } } |
在这个方法中，删除元素实际上调用的就是list.remove()方法，但是它多了一个操作：
| 1 | expectedModCount = modCount; |
因此，在迭代器中如果要删除元素的话，需要调用Itr类的remove方法。
将上述代码改为下面这样就不会报错了：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | public class Test { public static void main(String[] args) { ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); list.add( 2 ); Iterator<Integer> iterator = list.iterator(); while (iterator.hasNext()){ Integer integer = iterator.next(); if (integer== 2 ) iterator.remove(); //注意这个地方 } } } |
三.在多线程环境下的解决方法
上面的解决办法在单线程环境下适用，但是在多线程下适用吗？看下面一个例子：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 | public class Test { static ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); public static void main(String[] args) { list.add( 1 ); list.add( 2 ); list.add( 3 ); list.add( 4 ); list.add( 5 ); Thread thread1 = new Thread(){ public void run() { Iterator<Integer> iterator = list.iterator(); while (iterator.hasNext()){ Integer integer = iterator.next(); System.out.println(integer); try { Thread.sleep( 100 ); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }; }; Thread thread2 = new Thread(){ public void run() { Iterator<Integer> iterator = list.iterator(); while (iterator.hasNext()){ Integer integer = iterator.next(); if (integer== 2 ) iterator.remove(); } }; }; thread1.start(); thread2.start(); } } |
运行结果：
有可能有朋友说ArrayList是非线程安全的容器，换成Vector就没问题了，实际上换成Vector还是会出现这种错误。
原因在于，虽然Vector的方法采用了synchronized进行了同步，但是由于Vector是继承的AbstarctList，因此通过Iterator来访问容器的话，事实上是不需要获取锁就可以访问。那么显然，由于使用iterator对容器进行访问不需要获取锁，在多线程中就会造成当一个线程删除了元素，由于modCount是AbstarctList的成员变量，因此可能会导致在其他线程中modCount和expectedModCount值不等。
就比如上面的代码中，很显然iterator是线程私有的，
初始时，线程1和线程2中的modCount、expectedModCount都为0，
当线程2通过iterator.remove()删除元素时，会修改modCount值为1，并且会修改线程2中的expectedModCount的值为1，
而此时线程1中的expectedModCount值为0，虽然modCount不是volatile变量，不保证线程1一定看得到线程2修改后的modCount的值，但是也有可能看得到线程2对modCount的修改，这样就有可能导致线程1中比较expectedModCount和modCount不等，而抛出异常。
因此一般有2种解决办法：
1）在使用iterator迭代的时候使用synchronized或者Lock进行同步；
2）使用并发容器CopyOnWriteArrayList代替ArrayList和Vector。
关于并发容器的内容将在下一篇文章中讲述。
参考资料：