Java 如何繞過迭代器遍歷時的數據修改異常
既然是繞過迭代器遍歷時的數據修改異常,那么有必要先看一下是什么樣的異常。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,迭代時卻發現多了一個 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());
那么我想你一定會遇到一個異常 ConcurrentModificationExceptio 。
HelloWorldjava.util.ConcurrentModificationExceptionat 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,對于某些集合,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。
那么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,但是為了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,調用了 checkForComodification() 方法。
而這個方法直接進行了一個把變量 modCount 和 expectedModCount 進行了對比,如果不一致就會拋出來 ConcurrentModificationException 異常。
final void checkForComodification() { if (modCount != expectedModCount)throw new ConcurrentModificationException();}
那么 modCount 這個變量存儲的是什么信息呢?
/** * 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;
直接看源碼注釋吧,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。同時也指出了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,那么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了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,我們只要能讓兩者的值一致就可以了。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,那么是不是可以增加到 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。為此翻閱了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); }}
上來就遞增了 modCount,同時沒有修改任何數據,只是把數據的存儲進行了壓縮。
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());
正確輸出了想要的 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了迭代器 next 方法,然后才運行了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 ,然后啟動一個線程,在迭代器再次調用 next 方法后,把第四個元素移除掉。這樣就輸出了我們想要的結果。
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] */
正確輸出了想要的 Hello,World,Java 。這里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,然后執行 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后,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后一個元素移除,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了減少錯誤概率,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());
代碼里直接把第三個元素放入了一個魔法對象,重寫了 toString() 方法,內容是返回集合的第四個元素,然后刪除第三個元素,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了,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了解
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