Java集合如何保证线程安全？Fail-fast、Fail-safe机制是什么？

有个学弟在面快手的时候，被问到Java非线程安全的集合，如HashMap，ArrayList是如何保证线程安全的时候犯了难，也没想到会问这么细，这篇文章将很快的说清楚这里的逻辑，发车~

一些源码

首先我们看看HashMap的一些关键代码: 我们注意到会有一个ModCount（修改计数）的属性，简而言之，容器在修改的时候会检查这个modCount是否与自己当前应该的modCount是否相同，不同的话就会快速失败，抛出ConcurrentModificationException,详情看下面的代码：

public final void remove() {  
    Node<K,V> p = current;  
    if (p == null)  
        throw new IllegalStateException();  
    if (modCount != expectedModCount)  
        throw new ConcurrentModificationException();  
    current = null;  
    K key = p.key;  
    removeNode(hash(key), key, null, false, false);  
    expectedModCount = modCount;  
}

看这个方法就很清楚了，其他非线程安全集合如ArrayList也是这么处理的，ArrayList中直接封装了一个判断的方法：

final void checkForComodification() {  
    if (modCount != expectedModCount)  
        throw new ConcurrentModificationException();  
}

Fail-fast

望文生义，fail-fast快速失败机制，是多线程并发操作集合时的一种失败处理机制。

在集合遍历过程中，一旦发现容器中的数据被修改了，会立刻抛出ConcurrentModificationException异常，从而导致遍历失败。

这里如果我一边遍历集合，一边添加元素，是会报ConcurrentModificationException的。

Fail-safe

Fail-safe：表示失败安全，也就是在这种机制下，出现集合元素的修改，不会抛出ConcurrentModificationException。

原因是采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，

在拷贝的集合上进行遍历。由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历，所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到

比如这种情况

public class Test {  
    public static void main(String[] args) {  
        CopyOnWriteArrayList<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>(new Integer[]{1,7,9,11});  
        Iterator itr = list.iterator();  
        while(itr.hasNext()) {  
            Integer i = (Integer) itr.next();  
            System.out.println(i);  //是不会打印15的
            if(i==7){  
                list.add(15);  
            }  
        }  
    }  
}

定义了一个CopyOnWriteArrayList，在对这个集合遍历过程中，对集合元素做修改后，不会抛出异常，但同时也不会打印出增加的元素。

java.util.concurrent包下的容器都是安全失败的,可以在多线程下并发使用,并发修改。

常见的的使用Fail-safe方式遍历的容器有ConcerrentHashMap和CopyOnWriteArrayList等。

这里还会涉及到一个加锁操作

这里就会有一个问题，如果我有多个线程副本，最后合并的时候会不会有问题？

cowArrayList 修改操作有锁保护，一个线程想修改，得

1.先拿锁

2.copy出一个新数组

3.修改元素

4.setArray(修改cowArrayList 引用为这个新数组)

1. 释放锁

源码大概长这样:

public boolean add(E e) {

    final ReentrantLock lock = this.lock;

    // 1. 加锁

    lock.lock();

    try {

        Object[] elements = getArray();

        int len = elements.length;

        // 2. copy得到一个新数组

        Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);

        // 3. 添加元素到新数组

        newElements[len] = e;

        // 4. 修改数组的引用为新数组

        setArray(newElements);

        return true;

    } finally {

        // 5. 释放锁

        lock.unlock();

    }

}