小二聽完就面露喜色，因為兩年前，也就是 2021 年，他在《Java 程序員進階之路》專欄上的第 63 篇看到過這題。
PS：star 這種事，只能求，不求沒效果，鐵子們，《Java 程序員進階之路》在 GitHub 上已經收獲了 523 枚星標，小伙伴們趕緊去點點了，沖 600 star！
https://github.com/itwanger/toBeBetterJavaer
為了鎮樓，先搬一段英文來解釋一下 fail-fast。
In systems design, a fail-fast system is one which immediately reports at its interface any condition that is likely to indicate a failure. Fail-fast systems are usually designed to stop normal operation rather than attempt to continue a possibly flawed process. Such designs often check the system's state at several points in an operation, so any failures can be detected early. The responsibility of a fail-fast module is detecting errors, then letting the next-highest level of the system handle them.
這段話的大致意思就是，fail-fast 是一種通用的系統設計思想，一旦檢測到可能會發生錯誤，就立馬拋出異常，程序將不再往下執行。
public void test(Wanger wanger) {
if (wanger == null) {
throw new RuntimeException("wanger 不能為空");
}
System.out.println(wanger.toString());
}
一旦檢測到 wanger 為 null，就立馬拋出異常，讓調用者來決定這種情況下該怎么處理，下一步 wanger.toString() 就不會執行了――避免更嚴重的錯誤出現。
很多時候，我們會把 fail-fast 歸類為 Java 集合框架的一種錯誤檢測機制，但其實 fail-fast 并不是 Java 集合框架特有的機制。
之所以我們把 fail-fast 放在集合框架篇里介紹，是因為問題比較容易再現。
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("一個文章真特么有趣的程序員");
for (String str : list) {
if ("沉默王二".equals(str)) {
list.remove(str);
}
}
System.out.println(list);
這段代碼看起來沒有任何問題，但運行起來就報錯了。
根據錯誤的堆棧信息，我們可以定位到 ArrayList 的第 901 行代碼。
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
也就是說，remove 的時候觸發執行了 checkForComodification 方法，該方法對 modCount 和 expectedModCount 進行了比較，發現兩者不等，就拋出了 ConcurrentModificationException 異常。
為什么會執行 checkForComodification 方法呢？
是因為 for-each 本質上是個語法糖，底層是通過迭代器 Iterator 配合 while 循環實現的，來看一下反編譯后的字節碼。
List<String> list = new ArrayList();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("一個文章真特么有趣的程序員");
Iterator var2 = list.iterator();
while(var2.hasNext()) {
String str = (String)var2.next();
if ("沉默王二".equals(str)) {
list.remove(str);
}
}
System.out.println(list);
來看一下 ArrayList 的 iterator 方法吧：
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
內部類 Itr 實現了 Iterator 接口。
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;
Itr() {}
public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public E next() {
checkForComodification();
int i = cursor;
Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
if (i >= elementData.length)
throw new ConcurrentModificationException();
cursor = i + 1;
return (E) elementData[lastRet = i];
}
}
也就是說 new Itr() 的時候 expectedModCount 被賦值為 modCount，而 modCount 是 List 的一個成員變量，表示集合被修改的次數。由于 list 此前執行了 3 次 add 方法。
- add 方法調用 ensureCapacityInternal 方法
- ensureCapacityInternal 方法調用 ensureExplicitCapacity 方法
- ensureExplicitCapacity 方法中會執行 modCount++
所以 modCount 的值在經過三次 add 后為 3，于是 new Itr() 后 expectedModCount 的值也為 3。
執行第一次循環時，發現“沉默王二”等于 str，于是執行 list.remove(str)。
- remove 方法調用 fastRemove 方法
- fastRemove 方法中會執行 modCount++
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; // clear to let GC do its work
}
modCount 的值變成了 4。
執行第二次循環時，會執行 Itr 的 next 方法（String str = (String) var3.next();），next 方法就會調用 checkForComodification 方法，此時 expectedModCount 為 3，modCount 為 4，就只好拋出 ConcurrentModificationException 異常了。
那其實在阿里巴巴的 Java 開發手冊里也提到了，不要在 for-each 循環里進行元素的 remove/add 操作。remove 元素請使用 Iterator 方式。
那原因其實就是我們上面分析的這些，出于 fail-fast 保護機制。
那該如何正確地刪除元素呢？
1）remove 后 break
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("一個文章真特么有趣的程序員");
for (String str : list) {
if ("沉默王二".equals(str)) {
list.remove(str);
break;
}
}
break 后循環就不再遍歷了，意味著 Iterator 的 next 方法不再執行了，也就意味著 checkForComodification 方法不再執行了，所以異常也就不會拋出了。
但是呢，當 List 中有重復元素要刪除的時候，break 就不合適了。
2）for 循環
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("一個文章真特么有趣的程序員");
for (int i = 0, n = list.size(); i < n; i++) {
String str = list.get(i);
if ("沉默王二".equals(str)) {
list.remove(str);
}
}
for 循環雖然可以避開 fail-fast 保護機制，也就說 remove 元素后不再拋出異常；但是呢，這段程序在原則上是有問題的。為什么呢？
第一次循環的時候，i 為 0，list.size() 為 3，當執行完 remove 方法后，i 為 1，list.size() 卻變成了 2，因為 list 的大小在 remove 后發生了變化，也就意味著“沉默王三”這個元素被跳過了。能明白嗎？
remove 之前 list.get(1) 為“沉默王三”；但 remove 之后 list.get(1) 變成了“一個文章真特么有趣的程序員”，而 list.get(0) 變成了“沉默王三”。
3）使用 Iterator
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("沉默王二");
list.add("沉默王三");
list.add("一個文章真特么有趣的程序員");
Iterator<String> itr = list.iterator();
while (itr.hasNext()) {
String str = itr.next();
if ("沉默王二".equals(str)) {
itr.remove();
}
}
為什么使用 Iterator 的 remove 方法就可以避開 fail-fast 保護機制呢？看一下 remove 的源碼就明白了。
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();
}
}
刪除完會執行 expectedModCount = modCount，保證了 expectedModCount 與 modCount 的同步。
簡單地總結一下，fail-fast 是一種保護機制，可以通過 for-each 循環刪除集合的元素的方式驗證這種保護機制。
那也就是說，for-each 本質上是一種語法糖，遍歷集合時很方面，但并不適合拿來操作集合中的元素（增刪）。
這是《Java 程序員進階之路》專欄的第 63 篇。Java 程序員進階之路，風趣幽默、通俗易懂，對 Java 初學者極度友好和舒適，內容包括但不限于 Java 語法、Java 集合框架、Java IO、Java 并發編程、Java 虛擬機等核心知識點。
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