Java快速失败和安全失败
介绍
在Java编程中，我们经常会遇到并发操作的情况。当多个线程同时修改同一个数据结构时，可能会导致一些问题，比如数据不一致、死锁等。为了解决这些问题，Java提供了一些并发集合类，如ArrayList、HashMap等。这些集合类在多线程环境下有两种不同的行为：快速失败和安全失败。
快速失败
快速失败是指当集合被修改时，如果有其他线程正在遍历集合，那么会立即抛出ConcurrentModificationException异常，以防止遍历过程中的数据不一致。快速失败机制是通过对集合的修改操作时对其进行加锁实现的。
以下是一个使用ArrayList的快速失败示例：
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
public class FailFastDemo {
public static void main(String[] args) {
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");
list.add("C");
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
String element = iterator.next();
System.out.println(element);
list.remove(element); // 修改集合
}
}
}
上述代码会抛出ConcurrentModificationException异常，因为在遍历集合的同时，又对集合进行了修改操作。
安全失败
安全失败是指当集合被修改时，并不会立即抛出异常，而是允许修改操作继续进行，但是可能会导致遍历的结果不确定。安全失败机制是通过对迭代器进行一些特殊处理实现的。
以下是一个使用CopyOnWriteArrayList的安全失败示例：
import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
public class FailSafeDemo {
public static void main(String[] args) {
CopyOnWriteArrayList<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
list.add("A");
list.add("B");
list.add("C");
Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
String element = iterator.next();
System.out.println(element);
list.remove(element); // 修改集合
}
}
}
上述代码不会抛出异常，而是正常输出所有元素。这是因为CopyOnWriteArrayList在遍历时是对集合进行了复制，所以不会受到修改的影响。
性能比较
快速失败机制在遇到并发修改时能够快速检测到并抛出异常，确保数据的一致性，但是由于加锁的开销，会导致性能下降。
安全失败机制在遇到并发修改时不会抛出异常，但可能会导致遍历结果不确定。但由于不需要加锁，所以性能比快速失败机制要好。
下面是一个使用HashMap的性能比较示例：
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
public class PerformanceDemo {
public static void main(String[] args) {
final int THREAD_COUNT = 1000;
final int ELEMENT_COUNT = 1000;
Map<Integer, Integer> map1 = new HashMap<>();
Map<Integer, Integer> map2 = new ConcurrentHashMap<>();
// 使用HashMap并发修改
Runnable unsafeTask = () -> {
for (int i = 0; i < ELEMENT_COUNT; i++) {
map1.put(i, i);
}
};
// 使用ConcurrentHashMap并发修改
Runnable safeTask = () -> {
for (int i = 0; i < ELEMENT_COUNT; i++) {
map2.put(i, i);
}
};
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
new Thread(unsafeTask).start();
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("使用HashMap并发修改耗时：" + (endTime - startTime) + "ms");
startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
new Thread(safeTask).start();
}
endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("使用ConcurrentHashMap并发修改耗时：" + (endTime - startTime) + "ms");
}
}
上述代码创建了1000个线程并发修改HashMap和Con
