Java 如何繞過迭代器遍歷時(shí)的數(shù)據(jù)修改異常
前言
既然是繞過迭代器遍歷時(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。
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)異常在剛開始學(xué)習(xí) 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(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@樣會數(shù)據(jù)出現(xiàn)不確定性。
那么如何繞過這個(gè)錯(cuò)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(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。
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 modCount 和 expectedModCount 進(jìn)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(gè)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(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，會拋出 ConcurrentModificationException 異常。
而上面與 modCount 進(jìn)行對比的字段 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)沒有被修改過，那么兩者的值應(yīng)該是一致的。
繞過方式一：40 多億次循環(huán)繞過
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 都會增1，那么是不是可以增加到 INT 數(shù)據(jù)類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);
}
}
上來就遞增了 modCount，同時(shí)沒有修改任何數(shù)據(jù)，只是把數(shù)據(jù)的存儲進(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());?？梢钥闯鰜硎窍冗\(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 ，然后啟動一個(gè)線程，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(gè)階段執(zhí)行處理器。構(gòu)造時(shí)的參數(shù) parties 的值為2，說明需要兩個(gè)參與方完成時(shí)才會進(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)。
所以線程中對 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)會阻塞，等到另一個(gè)參與方報(bào)告完成后，線程進(jìn)入到一個(gè)主線程不為阻塞狀態(tài)時(shí)的循環(huán)。
這時(shí)主線程執(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€程內(nèi)的加鎖原因，主線程會被阻塞。知道線程內(nèi)把集合的最后一個(gè)元素移除，線程處理完成才會繼續(xù)。
繞過方式三：利用類型擦除放入魔法對象
在創(chuàng)建集合的時(shí)候?yàn)榱藴p少錯(cuò)誤概率，我們會使用泛型限制放入的數(shù)據(jù)類型，其實(shí)呢，泛型限制的集合在運(yùn)行時(shí)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(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)魔法對象，重寫了 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，我覺得每一種都是大開腦洞的操作，這些操作都需要對某個(gè)知識點(diǎn)有一定的了解
以上就是Java 如何繞過迭代器遍歷時(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)修改異常的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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