Java ConcurrentModificationException異常原因和解決方法

今天在修改程序的一個功能時,出現了ConcurrentModificationException異常,度娘之得到解答,本人轉載僅作為學習參考,轉載注明原文。

轉載自博客園Java ConcurrentModificationException異常原因和解決方法

功能類似于代碼片段所示,遍歷List,并且刪除特定的元素

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);
        }
    }
}

運行結果:

從異常信息可以發現,異常出現在checkForComodification()方法中。
我們不忙看checkForComodification()方法的具體實現,我們先根據程序的代碼一步一步看ArrayList源碼的實現:
首先看ArrayList的iterator()方法的具體實現,查看源碼發現在ArrayList的源碼中并沒有iterator()這個方法,那么很顯然這個方法應該是其父類或者實現的接口中的方法,我們在其父類AbstractList中找到了iterator()方法的具體實現,下面是其實現代碼:

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

從這段代碼可以看出返回的是一個指向Itr類型對象的引用,我們接著看Itr的具體實現,在AbstractList類中找到了Itr類的具體實現,它是AbstractList的一個成員內部類,下面這段代碼是Itr類的所有實現:

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();
    }
}

首先我們看一下它的幾個成員變量:
  cursor:表示下一個要訪問的元素的索引,從next()方法的具體實現就可看出
  lastRet:表示上一個訪問的元素的索引
  expectedModCount:表示對ArrayList修改次數的期望值,它的初始值為modCount。
  modCount是AbstractList類中的一個成員變量
protected transient int modCount = 0;
  該值表示對List的修改次數,查看ArrayList的add()和remove()方法就可以發現,每次調用add()方法或者remove()方法就會對modCount進行加1操作。
 好了,到這里我們再看看上面的程序:
  當調用list.iterator()返回一個Iterator之后,通過Iterator的hashNext()方法判斷是否還有元素未被訪問,我們看一下hasNext()方法,hashNext()方法的實現很簡單:

public boolean hasNext() {
    return cursor != size();
}

如果下一個訪問的元素下標不等于ArrayList的大小,就表示有元素需要訪問,這個很容易理解,如果下一個訪問元素的下標等于ArrayList的大小,則肯定到達末尾了。

然后通過Iterator的next()方法獲取到下標為0的元素,我們看一下next()方法的具體實現:

public E next() {
    checkForComodification();
 try {
    E next = get(cursor);
    lastRet = cursor++;
    return next;
 } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
    checkForComodification();
    throw new NoSuchElementException();
 }
}

這里是非常關鍵的地方:首先在next()方法中會調用checkForComodification()方法,然后根據cursor的值獲取到元素,接著將cursor的值賦給lastRet,并對cursor的值進行加1操作。初始時,cursor為0,lastRet為-1,那么調用一次之后,cursor的值為1,lastRet的值為0。注意此時,modCount為0,expectedModCount也為0。

接著往下看,程序中判斷當前元素的值是否為2,若為2,則調用list.remove()方法來刪除該元素。

我們看一下在ArrayList中的remove()方法做了什么:

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
}

通過remove方法刪除元素最終是調用的fastRemove()方法,在fastRemove()方法中,首先對modCount進行加1操作(因為對集合修改了一次),然后接下來就是刪除元素的操作,最后將size進行減1操作,并將引用置為null以方便垃圾收集器進行回收工作。

那么注意此時各個變量的值:對于iterator,其expectedModCount為0,cursor的值為1,lastRet的值為0。

對于list,其modCount為1,size為0。

接著看程序代碼,執行完刪除操作后,繼續while循環,調用hasNext方法()判斷,由于此時cursor為1,而size為0,那么返回true,所以繼續執行while循環,然后繼續調用iterator的next()方法:

注意,此時要注意next()方法中的第一句:checkForComodification()。

在checkForComodification方法中進行的操作是:

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

如果modCount不等于expectedModCount,則拋出ConcurrentModificationException異常。
很顯然,此時modCount為1,而expectedModCount為0,因此程序就拋出了ConcurrentModificationException異常。
到這里,想必大家應該明白為何上述代碼會拋出ConcurrentModificationException異常了。
關鍵點就在于:調用list.remove()方法導致modCount和expectedModCount的值不一致。
注意,像使用for-each進行迭代實際上也會出現這種問題。

單線程解決方案

既然知道原因了,那么如何解決呢?

其實很簡單,細心的朋友可能發現在Itr類中也給出了一個remove()方法:

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();
    }
}

在這個方法中,刪除元素實際上調用的就是list.remove()方法,但是它多了一個操作:
expectedModCount = modCount;
  因此,在迭代器中如果要刪除元素的話,需要調用Itr類的remove方法。
  將上述代碼改為下面這樣就不會報錯了:

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();   //注意這個地方
        }
    }
}

多線程解決方案請參考原文。

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