面试题：Java迭代器的fail - fast机制

1. fail - fast机制概述

Fail - fast机制是Java集合框架中的一种错误检测机制。当在迭代一个集合的过程中，该集合的结构被意外修改（非通过迭代器自身的remove()方法）时，迭代器会快速抛出ConcurrentModificationException异常，而不是继续迭代并产生不确定的结果。

2. 实现原理

modCount变量：在集合类（如ArrayList、HashMap等）中，存在一个modCount变量，用于记录集合结构被修改的次数。每次集合结构发生改变（如添加、删除元素等操作），modCount的值就会增加。
迭代器的expectedModCount：迭代器在创建时，会将集合的modCount值赋给自身的expectedModCount变量。在迭代过程中，每次调用next()或remove()方法时，迭代器都会检查modCount和expectedModCount是否相等。如果不相等，就认为集合结构被意外修改，抛出ConcurrentModificationException异常。

3. 存在该机制的集合类

List接口实现类：如ArrayList、LinkedList。
Set接口实现类：如HashSet、TreeSet。
Map接口实现类：如HashMap、TreeMap。

4. fail - fast发生时的表现

当在迭代过程中集合结构被意外修改，下次调用迭代器的next()或remove()方法时，会立即抛出ConcurrentModificationException异常，迭代过程终止。

5. 代码示例

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

public class FailFastExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        list.add("cherry");

        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String element = iterator.next();
            System.out.println(element);
            // 尝试在迭代过程中修改集合结构，不通过迭代器的remove()方法
            list.add("date"); 
        }
    }
}

在上述代码中，在迭代list的过程中，调用list.add("date")修改了集合结构，当再次调用iterator.next()时，就会触发fail - fast机制，抛出ConcurrentModificationException异常。

6. 处理fail - fast情况

使用迭代器的remove()方法：在迭代过程中，如果需要删除元素，应该使用迭代器的remove()方法，这样modCount和expectedModCount会同步更新，不会触发fail - fast。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

public class HandleFailFastExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        list.add("cherry");

        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String element = iterator.next();
            if ("banana".equals(element)) {
                iterator.remove(); 
            }
        }
        System.out.println(list); 
    }
}

使用线程安全的集合类：如CopyOnWriteArrayList、ConcurrentHashMap等，这些集合类采用了不同的机制（如写时复制等）来保证线程安全，不会触发fail - fast。

import java.util.List;
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;

public class ThreadSafeCollectionExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();
        list.add("apple");
        list.add("banana");
        list.add("cherry");

        for (String element : list) {
            System.out.println(element);
            list.add("date"); 
        }
        System.out.println(list); 
    }
}

在CopyOnWriteArrayList中，迭代器不会抛出ConcurrentModificationException，因为它在迭代时使用的是集合的一个快照，修改操作会在新的数组上进行。

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