注意：本文基於JDK1.8進行記錄。

1 快速失敗機制

1.1 說明

快速失敗機制，即fail-fast機制，直接在容器上進行遍歷，在遍歷過程中一旦發現集合的結構發生改變，就會丟擲ConcurrentModificationException異常導致遍歷失敗。

java.util包下的集合類都是快速失敗機制的，常見的的使用fail-fast方式遍歷的容器有ArrayList和HashMap等。

fail-fast機制不能保證在不同步的修改下一定會丟擲異常，它只是盡最大努力丟擲，因此這種機制一般用於檢測BUG。

1.2 現象

觸發fail-fast機制的案例：

 1 public static
 
 void main(String[] args) {
 2   List<String> list = new ArrayList<>();
 3   list.add("00");
 4   list.add("11");
 5   list.add("22");
 6   for (String s : list) {
 7     if ("00".equals(s)) {
 8       list.add("99");
 9     }
10   }
11 }

注意：此處只是列舉了一個普通案例，實際上在List、Set、Map中都會發生，並且在單執行緒和多執行緒環境下都會發生。

1.3 原因

fail-fast機制在單執行緒和多執行緒環境中均可發生，倘若在迭代遍歷過程中檢測到集合結構有變化，就有可能觸發並丟擲異常。

想要理解fail-fast機制，就需要檢視底層原始碼的邏輯，因為引發fail-fast機制的原理是一樣的，本文以ArrayList為例進行分析。

檢視ArrayList的迭代器方法：

1 public Iterator<E> iterator() {
2   return new Itr();
3 }

繼續檢視ArrayList維護的內部類Itr，需要重點關注三個屬性：

 1 private class Itr implements Iterator<E> {
 
 2   int cursor;    // 遍歷集合時即將遍歷的索引
 3   int lastRet = -1; // 記錄剛剛遍歷的索引，-1不是不存在上一個元素
 4   int expectedModCount = modCount;// 初始值為modCount，用於記錄集合的修改次數
 5 
 6   public boolean hasNext() {
 7     return cursor != size;// 判斷遍歷是否結束
 8   }
 9 
10   @SuppressWarnings("unchecked")
11   public E next() {
12     checkForComodification();// 檢查是否觸發fail-fast機制
13     int i = cursor;
14     if (i >= size)
15       throw new NoSuchElementException();
16     Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
17     if (i >= elementData.length)
18       throw new ConcurrentModificationException();
19     cursor = i + 1;
20     return (E) elementData[lastRet = i];
21   }
22   ...
23   final void checkForComodification() {
24     if (modCount != expectedModCount)
25       // expectedModCount在初始化後並未發生改變，那麼如果modCount發生改變，就會丟擲異常
26       throw new ConcurrentModificationException();
27   }
28 }

通過分析迭代器原始碼可以發現，迭代器的checkForComodification方法是判斷是否要觸發fail-fast機制的關鍵。

在checkForComodification方法中可以看到，是否要丟擲異常在於modCount是否發生改變。

檢視ArrayList原始碼，發現modCount的改變發生在對集合修改中，比如add操作。

所以當在使用迭代器遍歷集合時，如果同時對集合進行了修改，導致modCount發生改變，就會觸發fail-fast機制，丟擲異常。

1.4 解決

1.4.1 使用迭代器提供的方法

為了避免觸發fail-fast機制，在迭代集合時，需要使用迭代器提供的修改方法修改集合。

1.4.2 使用執行緒安全的集合類

也可以使用執行緒安全的集合類，使用CopyOnWriteArrayList代替ArrayList，使用ConcerrentHashMap代替HashMap。

2 安全失敗機制

2.1 說明

安全失敗機制，即fail-safe機制，在集合的克隆物件上進行遍歷，對集合的修改不會影響遍歷操作。

java.util.concurrent包下的集合類都是安全失敗的，可以在多執行緒下併發使用併發修改，常見的的使用fail-safe方式遍歷的容器有CopyOnWriteArrayList和ConcerrentHashMap等。

基於克隆物件的遍歷避免了在修改集合時丟擲ConcurrentModificationException異常，但同樣導致遍歷時不能訪問修改後的內容。