解析Java的迭代器中的fast-fail错误检测机制

Java中的迭代器（Iterator）是一种常用的数据访问方式，但是如果多个线程同时操作同一个集合，就会有可能引发ConcurrentModificationException异常，这时就涉及到了Java迭代器中的fast-fail错误检测机制。

应对fast-fail机制，我们需要深入理解fast-fail原理与应用，掌握迭代器的迭代状态与删除操作，以及合理使用fail-safe迭代器等技术手段。

以下是一些攻略：

1. 迭代器中的fast-fail错误检测机制原理

Java集合类的并发修改检测是使用迭代器的fast-fail机制实现的（即当检测到其他线程对集合进行并发修改时，抛出ConcurrentModificationException异常）。这种机制在ConcurrentHashMap中尤其重要，因为ConcurrentHashMap本身没有对它的put方法加锁，而是通过利用CAS算法实现线程安全。

fast-fail检测机制的原理是，每当集合中的元素数量被修改时，都会增加一个modCount的计数器。iterator在使用时，会把modCount的值保存到一个成员变量中。在迭代器迭代时，如果期间发现modCount的值与保存下来的值不一致了，就会抛出ConcurrentModificationException异常。

2. 迭代器的迭代状态与删除操作

迭代器需要正确处理迭代器的状态，如果未正确处理迭代器的状态，则会抛出ConcurrentModificationException异常。

在迭代器删除元素时，需要使用迭代器自身的remove()方法。如果使用集合的remove()方法，则会引发ConcurrentModificationException异常。

3. fail-safe迭代器的使用

解决fast-fail检测机制带来的限制，使用fail-safe迭代器（即java.util.concurrent包下的迭代器），而不是快速失败的迭代器。

使用fail-safe迭代器的好处是，在迭代时不会抛出ConcurrentModificationException异常，因为这种迭代器不是直接在集合的Iterator中进行迭代，而是先将集合中的元素拷贝到迭代器对象的数组中，再进行迭代操作。

示例一：

在以下代码中，我们同时启动两个线程，用于向一个List集合中不断添加元素。在主线程中，我们利用迭代器对List进行遍历：

public class FastFailDemo {

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

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new Thread() {
            public void run() {
                int count = 0;

                while (count++ < 10) {
                    list.add(String.valueOf(count));
                    System.out.println("thread1 add element " + count);
                    try {
                        Thread.sleep(1000);// 休眠1秒，以便于另外的线程添加元素
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
        }.start();

        new Thread() {
            public void run() {
                int count = 10;

                while (count++ < 20) {
                    list.add(String.valueOf(count));
                    System.out.println("thread2 add element " + count);
                    try {
                        Thread.sleep(1000);// 休眠1秒，以便于另外的线程添加元素
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
        }.start();

        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String str = iterator.next();
            System.out.println(str);
            Thread.sleep(100);// 遍历时休眠一下，以便于其他线程能够更频繁地修改集合
        }
    }
}

实际运行中，将会抛出ConcurrentModificationException异常，因为线程1和线程2在向List添加元素的时候，并发地修改了List。

示例二：

在以下代码中，我们使用遍历时的remove方法删除元素。由于遍历时，它的modCount变量已经被保存到迭代器对象中，因此对List的删除操作不会被fast-fail机制检测到，这种删除方式行为不稳定，可能导致只有一部分元素被删除：

public class FastFailDemo {

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

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        list.add("1");
        list.add("2");
        list.add("3");
        list.add("4");
        list.add("5");
        list.add("6");

        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String str = iterator.next();
            System.out.println(str);
            if (str.equals("2")) {
                list.remove(str);
            }
        }
    }
}

因此，在使用迭代器时，需要注意避免并发修改，正确处理迭代器的状态，使用删除方法时要使用迭代器自身的remove()方法，而不要使用集合的remove()方法。如果需要并发修改集合，则需要使用并发安全的集合类，利用fail-safe迭代器进行遍历操作。