Java中的fail-fast与fail-safe机制

描述
fail-fast和fail-safe是Java集合框架中两种不同的迭代器行为机制。fail-fast机制在迭代过程中检测到集合被修改时会立即抛出ConcurrentModificationException异常，而fail-safe机制允许在迭代过程中修改集合而不会抛出异常。

详细讲解

1. fail-fast机制原理

• 核心思想：快速失败，立即暴露错误
• 实现方式：迭代器内部维护一个"修改计数器"(modCount)
• 工作流程：
  a. 创建迭代器时记录集合的modCount值
  b. 每次迭代操作前检查当前modCount是否与记录值一致
  c. 如果不一致（说明集合被修改过），立即抛出ConcurrentModificationException

2. fail-fast示例分析

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");

Iterator<String> it = list.iterator();
list.add("C");  // 修改集合的modCount

while(it.hasNext()) {
    String s = it.next();  // 抛出ConcurrentModificationException
    System.out.println(s);
}

• 执行过程：
  a. 创建迭代器时记录modCount=2（两个add操作）
  b. list.add("C")后modCount变为3
  c. it.next()检查发现3≠2，立即抛出异常

3. fail-fast的适用场景

• 适用于单线程环境下的错误检测
• 帮助开发者及时发现并发修改问题
• 常见实现类：ArrayList、HashMap、HashSet等非线程安全集合

4. fail-safe机制原理

• 核心思想：安全失败，避免并发修改异常
• 实现方式：在集合的副本上进行迭代操作
• 工作流程：
  a. 创建迭代器时复制原集合的数据结构
  b. 迭代操作在副本上进行，与原集合互不影响
  c. 允许在迭代过程中修改原集合

5. fail-safe示例分析

CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");

Iterator<String> it = list.iterator();
list.add("C");  // 不影响已创建的迭代器

while(it.hasNext()) {
    String s = it.next();  // 正常输出"A","B"
    System.out.println(s);
}
// 新迭代器会包含所有元素
Iterator<String> it2 = list.iterator();
while(it2.hasNext()) {
    String s = it2.next();  // 输出"A","B","C"
}

• 执行特点：
  a. 创建迭代器时复制当前数组快照
  b. 后续的修改操作在新的数组上进行
  c. 迭代器遍历的是创建时的快照数据

6. fail-safe的优缺点

• 优点：避免ConcurrentModificationException，适合并发场景
• 缺点：内存开销大（需要复制数据），数据可能不是最新的
• 常见实现类：CopyOnWriteArrayList、ConcurrentHashMap等并发集合

7. 两种机制的对比总结

8. 实际开发建议

• 单线程环境：使用fail-fast集合便于调试
• 高并发读场景：优先考虑fail-safe集合
• 修改集合时：使用迭代器自身的remove/add方法避免异常
• 性能敏感场景：评估fail-safe的内存开销是否可接受