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(jīng)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(zhèn)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(tǒng)設(shè)計思想，一旦檢測到可能會發(fā)生錯誤，就立馬拋出異常，程序?qū)⒉辉偻聢?zhí)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(diào)用者來決定這種情況下該怎么處理，下一步 wanger.toString() 就不會執(zhí)行了——避免更嚴重的錯誤出現(xiàn)。

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(xiàn)。

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(jù)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(fā)執(zhí)行了 checkForComodification 方法，該方法對 modCount 和 expectedModCount 進行了比較，發(fā)現(xiàn)兩者不等，就拋出了 ConcurrentModificationException 異常。

為什么會執(zhí)行 checkForComodification 方法呢？

是因為 for-each 本質(zhì)上是個語法糖，底層是通過迭代器 Iterator 配合 while 循環(huán)實現(xiàn)的，來看一下反編譯后的字節(jié)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(nèi)部類 Itr 實現(xiàn)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(shù)。由于 list 此前執(zhí)行了 3 次 add 方法。

• add 方法調(diào)用 ensureCapacityInternal 方法
• ensureCapacityInternal 方法調(diào)用 ensureExplicitCapacity 方法
• ensureExplicitCapacity 方法中會執(zhí)行 modCount++

所以 modCount 的值在經(jīng)過三次 add 后為 3，于是 new Itr() 后 expectedModCount 的值也為 3。

執(zhí)行第一次循環(huán)時，發(fā)現(xiàn)“沉默王二”等于 str，于是執(zhí)行 list.remove(str)。

• remove 方法調(diào)用 fastRemove 方法
• fastRemove 方法中會執(zhí)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(zhí)行第二次循環(huán)時，會執(zhí)行 Itr 的 next 方法（String str = (String) var3.next();），next 方法就會調(diào)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(fā)手冊里也提到了，不要在 for-each 循環(huán)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(huán)就不再遍歷了，意味著 Iterator 的 next 方法不再執(zhí)行了，也就意味著 checkForComodification 方法不再執(zhí)行了，所以異常也就不會拋出了。

但是呢，當 List 中有重復(fù)元素要刪除的時候，break 就不合適了。

2）for 循環(huán)

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(huán)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(huán)的時候，i 為 0，list.size() 為 3，當執(zhí)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(fā)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(zhí)行 expectedModCount = modCount，保證了 expectedModCount 與 modCount 的同步。

簡單地總結(jié)一下，fail-fast 是一種保護機制，可以通過 for-each 循環(huán)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(zhì)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(nèi)容包括但不限于 Java 語法、Java 集合框架、Java IO、Java 并發(fā)編程、Java 虛擬機等核心知識點。

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