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ConcurrentModificationException 并发修改异常详解

web 2025/6/23 19:00:50

一、异常基本概念

ConcurrentModificationException 是 Java 开发中常见的运行时异常，属于 java.util 包。它通常在集合遍历过程中被修改时抛出，无论是单线程还是多线程环境都可能发生。

二、异常发生的核心场景

单线程场景：在遍历集合时直接修改集合内容
多线程场景：一个线程遍历集合，另一个线程修改集合

三、底层机制：fail-fast 机制

Java 集合框架（如 ArrayList、HashMap 等）普遍采用 fail-fast 机制来检测并发修改，其核心原理是：

每个集合内部维护一个 modCount 变量，记录集合的修改次数
迭代器在创建时会保存当前的 modCount 到 expectedModCount
每次迭代操作（如 next()）时，会检查 modCount 是否等于 expectedModCount
如果不等，说明集合被修改，抛出 ConcurrentModificationException

四、典型代码示例

单线程场景示例

import java.util.ArrayList;

import java.util.Iterator;

import java.util.List;

public class ConcurrentModificationDemo {

public static void main(String[] args) {

List<String> list = new ArrayList<>();

list.add("A");

list.add("B");

list.add("C");

// 错误做法：遍历过程中直接删除元素

for (String item : list) {

if ("B".equals(item)) {

list.remove(item); // 这里会抛出ConcurrentModificationException

}

// 正确做法：使用迭代器的remove方法

Iterator<String> iterator = list.iterator();

while (iterator.hasNext()) {

String item = iterator.next();

if ("B".equals(item)) {

iterator.remove(); // 安全删除

}

// Java 8+ 推荐做法：使用Stream过滤

list = list.stream()

.filter(item -> !"B".equals(item))

.collect(java.util.stream.Collectors.toList());

}

多线程场景示例

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class MultiThreadModificationDemo {

private static List<String> list = new ArrayList<>();

public static void main(String[] args) {

list.add("A");

list.add("B");

list.add("C");

// 线程1：遍历集合

Thread reader = new Thread(() -> {

for (String item : list) {

try {

TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);

System.out.println("读取元素: " + item);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

});

// 线程2：修改集合

Thread writer = new Thread(() -> {

try {

TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);

System.out.println("删除元素: B");

list.remove("B"); // 线程2修改集合，线程1会抛出异常

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

});

reader.start();

writer.start();

}

五、常见集合的并发修改行为

ArrayList / LinkedList：
- 不支持并发修改，遍历时修改会触发 ConcurrentModificationException
- 单线程中可通过迭代器 remove() 方法安全修改

HashMap / HashSet：
- 同样基于 fail-fast 机制，遍历时修改会抛出异常
- foreach 遍历、迭代器遍历、keySet()/values()/entrySet() 遍历时修改都会触发异常

CopyOnWriteArrayList：
- 采用 fail-safe 机制，内部通过复制数组实现
- 遍历时允许修改，修改会创建新数组，遍历使用旧数组
- 适用于读多写少的场景，但写操作开销较大

ConcurrentHashMap：
- Java 7 采用分段锁（Segment），Java 8 采用红黑树 + CAS
- 支持并发读写，遍历过程中修改不会抛出异常
- 是线程安全的高性能哈希表

六、解决方案与最佳实践

1. 单线程场景解决方案

使用迭代器的 remove 方法：

Iterator<String> iterator = list.iterator();

while (iterator.hasNext()) {

String item = iterator.next();

if (需要删除) {

iterator.remove();

}

使用 Stream API 过滤（Java 8+）：

list = list.stream()

.filter(item -> 过滤条件)

.collect(Collectors.toList());

遍历前复制集合：

for (String item : new ArrayList<>(list)) {

// 操作item，不影响原集合

}

2. 多线程场景解决方案

使用并发安全的集合：
- 列表：CopyOnWriteArrayList
- 哈希表：ConcurrentHashMap
- 集合：CopyOnWriteArraySet
加锁保护：

List<String> list = new ArrayList<>();

Object lock = new Object();

// 读操作

synchronized (lock) {

for (String item : list) {

// 遍历操作

}

// 写操作

synchronized (lock) {

list.add("新元素");

}

使用 Collections.synchronizedXXX 包装：

List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

七、fail-fast 与 fail-safe 的区别

特性	fail-fast（如 ArrayList）	fail-safe（如 CopyOnWriteArrayList）
检测机制	遍历过程中检测集合修改	遍历使用集合的副本，不检测原集合修改
异常情况	发现修改立即抛出 ConcurrentModificationException	不会抛出异常，遍历旧数据
性能开销	开销小，无需复制集合	写操作需要复制集合，开销较大
适用场景	单线程或不允许并发修改的场景	多线程读多写少的场景