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Java 如何繞過(guò)迭代器遍歷時(shí)的數(shù)據(jù)修改異常

 更新時(shí)間:2021年02月19日 11:11:11   作者:達(dá)西呀  
這篇文章主要介紹了Java 繞過(guò)迭代器遍歷時(shí)的數(shù)據(jù)修改異常的方法,幫助大家更好的理解和學(xué)習(xí)使用Java,感興趣的朋友可以了解下

前言

既然是繞過(guò)迭代器遍歷時(shí)的數(shù)據(jù)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(shí)嘗試更新集合中的數(shù)據(jù),比如像下面這樣,我想輸出 Hello,World,Java,迭代時(shí)卻發(fā)現(xiàn)多了一個(gè) C++ 元素,如果直接刪除掉的話(huà)。

List<String> list = new ArrayList<>();
Collections.addAll(list, "Hello", "World", "C++", "Java");
// 我想輸出 Hello,World,Java,迭代時(shí)發(fā)現(xiàn)多一個(gè) 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(huì)遇到一個(gè)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(gè)異常在剛開(kāi)始學(xué)習(xí) Java 或者使用其他的非線(xiàn)程安全的集合過(guò)程中可能都有遇到過(guò)。導(dǎo)致這個(gè)報(bào)錯(cuò)出現(xiàn)的原因就和我們操作的一樣,對(duì)于某些集合,不建議在遍歷時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)修改,因?yàn)檫@樣會(huì)數(shù)據(jù)出現(xiàn)不確定性。

那么如何繞過(guò)這個(gè)錯(cuò)誤呢?這篇文章中腦洞大開(kāi)的三種方式一定不會(huì)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(guò)這個(gè)異常出現(xiàn)的原因,還是要提一下的,已經(jīng)知道的同學(xué)可以直接跳過(guò)。

根據(jù)上面的報(bào)錯(cuò),可以追蹤到報(bào)錯(cuò)位置 ArrayList.java 的 857 行和 907 行,追蹤源碼可以發(fā)現(xiàn)在迭代器的 next 方法的第一行,調(diào)用了 checkForComodification() 方法。

而這個(gè)方法直接進(jìn)行了一個(gè)把變量 modCountexpectedModCount 進(jìn)行了對(duì)比,如果不一致就會(huì)拋出來(lái) ConcurrentModificationException 異常。

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

那么 modCount 這個(gè)變量存儲(chǔ)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(shuō) modCount 數(shù)值記錄的是列表的結(jié)構(gòu)被修改的次數(shù),結(jié)構(gòu)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(jìn)行的迭代可能產(chǎn)生不正確的結(jié)果。同時(shí)也指出了這個(gè)字段通常會(huì)在迭代器 iterator 和 listIterator 返回的結(jié)果中使用,如果 modCount 和預(yù)期的值不一樣,會(huì)拋出 ConcurrentModificationException 異常。

而上面與 modCount 進(jìn)行對(duì)比的字段 expectedModCount 的值,其實(shí)是在創(chuàng)建迭代器時(shí),從 modCount 獲取的值。如果列表結(jié)構(gòu)沒(méi)有被修改過(guò),那么兩者的值應(yīng)該是一致的。

繞過(guò)方式一:40 多億次循環(huán)繞過(guò)

上面分析了異常產(chǎn)生的位置和原因,是因?yàn)?modCount 的當(dāng)前值和創(chuàng)建迭代器時(shí)的值有所變化。所以第一種思路很簡(jiǎn)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(shù)據(jù)類(lèi)型是 INT ,既然是 INT ,就是有數(shù)據(jù)范圍,每次更新列表結(jié)構(gòu) modCount 都會(huì)增1,那么是不是可以增加到 INT 數(shù)據(jù)類(lèi)型的值的最大值溢出到負(fù)數(shù),再繼續(xù)增加直到變回原來(lái)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(jié)構(gòu)的同時(shí)不修改數(shù)據(jù)。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(lái)就遞增了 modCount,同時(shí)沒(méi)有修改任何數(shù)據(jù),只是把數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)進(jìn)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(fù)數(shù),繼續(xù)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(guò)方式二:線(xiàn)程加對(duì)象鎖繞過(guò)

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(lái)是先運(yùn)行了迭代器 next 方法,然后才運(yùn)行了System.out 進(jìn)行輸出。所以第二種思路是先把第三個(gè)元素C++ 更新為Java ,然后啟動(dòng)一個(gè)線(xiàn)程,在迭代器再次調(diào)用 next 方法后,把第四個(gè)元素移除掉。這樣就輸出了我們想要的結(jié)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(kāi)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(jiǎn)單說(shuō)一下代碼中的思路,Phaser 是 JDK 7 的新增類(lèi),是一個(gè)階段執(zhí)行處理器。構(gòu)造時(shí)的參數(shù) parties 的值為2,說(shuō)明需要兩個(gè)參與方完成時(shí)才會(huì)進(jìn)行到下一個(gè)階段。而 arriveAndAwaitAdvance 方法被調(diào)用時(shí),可以讓一個(gè)參與方到達(dá)。

所以線(xiàn)程中對(duì) System.out 進(jìn)行加鎖,然后執(zhí)行 arriveAndAwaitAdvance 使一個(gè)參與方報(bào)告完成,此時(shí)會(huì)阻塞,等到另一個(gè)參與方報(bào)告完成后,線(xiàn)程進(jìn)入到一個(gè)主線(xiàn)程不為阻塞狀態(tài)時(shí)的循環(huán)。

這時(shí)主線(xiàn)程執(zhí)行 System.out.println(iterator.next()); 。獲取到迭代器的值進(jìn)行輸出時(shí),因?yàn)榫€(xiàn)程內(nèi)的加鎖原因,主線(xiàn)程會(huì)被阻塞。知道線(xiàn)程內(nèi)把集合的最后一個(gè)元素移除,線(xiàn)程處理完成才會(huì)繼續(xù)。

繞過(guò)方式三:利用類(lèi)型擦除放入魔法對(duì)象

在創(chuàng)建集合的時(shí)候?yàn)榱藴p少錯(cuò)誤概率,我們會(huì)使用泛型限制放入的數(shù)據(jù)類(lèi)型,其實(shí)呢,泛型限制的集合在運(yùn)行時(shí)也是沒(méi)有限制的,我們可以放入任何對(duì)象。所以我們可以利用這一點(diǎn)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(kāi)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(gè)元素放入了一個(gè)魔法對(duì)象,重寫(xiě)了 toString() 方法,內(nèi)容是返回集合的第四個(gè)元素,然后刪除第三個(gè)元素,這樣就可以得到想要的 Hello,World,Java 輸出。

上面就是繞過(guò)迭代器遍歷時(shí)的數(shù)據(jù)修改報(bào)錯(cuò)的三種方法了,不管實(shí)用性如何,我覺(jué)得每一種都是大開(kāi)腦洞的操作,這些操作都需要對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)有一定的了解

以上就是Java 如何繞過(guò)迭代器遍歷時(shí)的數(shù)據(jù)修改異常的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Java 遍歷時(shí)的數(shù)據(jù)修改異常的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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