Java 如何绕过迭代器遍历时的数据修改异常

前言

既然是绕过迭代器遍历时的数据修改异常,那么有必要先看一下是什么样的异常。如果在集合的迭代器遍历时尝试更新集合中的数据,比如像下面这样,我想输出 Hello,World,Java,迭代时却发现多了一个 C++ 元素,如果直接删除掉的话。

List<String>list=newArrayList<>();Collections.addAll(list,"Hello","World","C++","Java");//我想输出 Hello,World,Java,迭代时发现多一个 C++,所以直接删除掉。Iteratoriterator=list.iterator();System.out.println(iterator.next());System.out.println(iterator.next());list.remove("C++");System.out.println(iterator.next());

那么我想你一定会遇到一个异常 ConcurrentModificationExceptio

HelloWorldjava.util.ConcurrentModificationExceptionat java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:907)at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:857)at com.wdbyte.lab.jdk.ModCountDemo.updateCollections(ModCountDemo.java:26)

这个异常在刚开始学习 Java 或者使用其他的非线程安全的集合过程中可能都有遇到过。导致这个报错出现的原因就和我们操作的一样,对于某些集合,不建议在遍历时进行数据修改,因为这样会数据出现不确定性。

那么如何绕过这个错误呢?这篇文章中脑洞大开的三种方式一定不会让你失望。

异常原因

这不是一篇源码分析的文章,但是为了介绍绕过这个异常出现的原因,还是要提一下的,已经知道的同学可以直接跳过。

根据上面的报错,可以追踪到报错位置 ArrayList.java 的 857 行和 907 行,追踪源码可以发现在迭代器的 next 方法的第一行,调用了 checkForComodification() 方法。

而这个方法直接进行了一个把变量 modCountexpectedModCount 进行了对比,如果不一致就会抛出来 ConcurrentModificationException 异常。

finalvoidcheckForComodification(){if(modCount!=expectedModCount)thrownewConcurrentModificationException();}

那么 modCount 这个变量存储的是什么信息呢?

/***Thenumberoftimesthislisthasbeen<i>structurallymodified</i>.*Structuralmodificationsarethosethatchangethesizeofthe*list,orotherwiseperturbitinsuchafashionthatiterationsin*progressmayyieldincorrectresults.**<p>Thisfieldisusedbytheiteratorandlistiteratorimplementation*returnedbythe{@codeiterator}and{@codelistIterator}methods.*Ifthevalueofthisfieldchangesunexpectedly,theiterator(orlist*iterator)willthrowa{@codeConcurrentModificationException}in*responsetothe{@codenext},{@coderemove},{@codeprevious},*{@codeset}or{@codeadd}operations.Thisprovides*<i>fail-fast</i>behavior,ratherthannon-deterministicbehaviorin*thefaceofconcurrentmodificationduringiteration.**<p><b>Useofthisfieldbysubclassesisoptional.</b>Ifasubclass*wishestoprovidefail-fastiterators(andlistiterators),thenit*merelyhastoincrementthisfieldinits{@codeadd(int,E)}and*{@coderemove(int)}methods(andanyothermethodsthatitoverrides*thatresultinstructuralmodificationstothelist).Asinglecallto*{@codeadd(int,E)}or{@coderemove(int)}mustaddnomorethan*onetothisfield,ortheiterators(andlistiterators)willthrow*bogus{@codeConcurrentModificationExceptions}.Ifanimplementation*doesnotwishtoprovidefail-fastiterators,thisfieldmaybe*ignored.*/protectedtransientintmodCount=0;

直接看源码注释吧,直接翻译一下意思就是说 modCount 数值记录的是列表的结构被修改的次数,结构修改是指那些改变列表大小的修改,或者以某种方式扰乱列表,从而使得正在进行的迭代可能产生不正确的结果。同时也指出了这个字段通常会在迭代器 iterator 和 listIterator 返回的结果中使用,如果 modCount 和预期的值不一样,会抛出 ConcurrentModificationException 异常。

而上面与 modCount 进行对比的字段 expectedModCount 的值,其实是在创建迭代器时,从 modCount 获取的值。如果列表结构没有被修改过,那么两者的值应该是一致的。

绕过方式一:40 多亿次循环绕过

上面分析了异常产生的位置和原因,是因为 modCount 的当前值和创建迭代器时的值有所变化。所以第一种思路很简单,我们只要能让两者的值一致就可以了。在源码 int modCount = 0; 中可以看到 modCount 的数据类型是 INT ,既然是 INT ,就是有数据范围,每次更新列表结构 modCount 都会增1,那么是不是可以增加到 INT 数据类型的值的最大值溢出到负数,再继续增加直到变回原来的值呢?如果可以这样,首先要有一种操作可以在更新列表结构的同时不修改数据。为此翻阅了源码寻找这样的方法。还真的存在这样的方法。

publicvoidtrimToSize(){modCount++;if(size<elementData.length){elementData=(size==0)?EMPTY_ELEMENTDATA:Arrays.copyOf(elementData,size);}}

上来就递增了 modCount,同时没有修改任何数据,只是把数据的存储进行了压缩。

List<String>list=newArrayList<>();Collections.addAll(list,"Hello","World","C++","Java");list.listIterator();Iteratoriterator=list.iterator();System.out.println(iterator.next());System.out.println(iterator.next());list.remove("C++");//40多亿次遍历,溢出到负数,继续溢出到原值for(intn=Integer.MIN_VALUE;n<Integer.MAX_VALUE;n++)((ArrayList)list).trimToSize();System.out.println(iterator.next());

正确输出了想要的 Hello,World,Java 。

绕过方式二:线程加对象锁绕过

分析一下我们的代码,每次输出的都是 System.out.println(iterator.next());。可以看出来是先运行了迭代器 next 方法,然后才运行了System.out 进行输出。所以第二种思路是先把第三个元素C++ 更新为Java ,然后启动一个线程,在迭代器再次调用 next 方法后,把第四个元素移除掉。这样就输出了我们想要的结果。

List<String>list=newArrayList<>();Collections.addAll(list,"Hello","World","C++","Java");list.listIterator();Iteratoriterator=list.iterator();System.out.println(iterator.next());System.out.println(iterator.next());//开始操作list.set(2,"Java");Phaserphaser=newPhaser(2);Threadmain=Thread.currentThread();newThread(()->{synchronized(System.out){phaser.arriveAndDeregister();while(main.getState()!=State.BLOCKED){try{Thread.sleep(100);}catch(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}}list.remove(3);}}).start();phaser.arriveAndAwaitAdvance();System.out.println(iterator.next());//输出集合System.out.println(list);/***得到输出**Hello*World*Java*[Hello,World,Java]*/

正确输出了想要的 Hello,World,Java 。这里简单说一下代码中的思路,Phaser 是 JDK 7 的新增类,是一个阶段执行处理器。构造时的参数 parties 的值为2,说明需要两个参与方完成时才会进行到下一个阶段。而 arriveAndAwaitAdvance 方法被调用时,可以让一个参与方到达。

所以线程中对 System.out 进行加锁,然后执行 arriveAndAwaitAdvance 使一个参与方报告完成,此时会阻塞,等到另一个参与方报告完成后,线程进入到一个主线程不为阻塞状态时的循环。

这时主线程执行 System.out.println(iterator.next()); 。获取到迭代器的值进行输出时,因为线程内的加锁原因,主线程会被阻塞。知道线程内把集合的最后一个元素移除,线程处理完成才会继续。

绕过方式三:利用类型擦除放入魔法对象

在创建集合的时候为了减少错误概率,我们会使用泛型限制放入的数据类型,其实呢,泛型限制的集合在运行时也是没有限制的,我们可以放入任何对象。所以我们可以利用这一点做些文章。

List<String>list=newArrayList<>();Collections.addAll(list,"Hello","World","C++","Java");list.listIterator();Iteratoriterator=list.iterator();System.out.println(iterator.next());System.out.println(iterator.next());//开始操作((List)list).set(2,newObject(){publicStringtoString(){Strings=list.get(3);list.remove(this);returns;}});System.out.println(iterator.next());

代码里直接把第三个元素放入了一个魔法对象,重写了 toString() 方法,内容是返回集合的第四个元素,然后删除第三个元素,这样就可以得到想要的 Hello,World,Java 输出。

上面就是绕过迭代器遍历时的数据修改报错的三种方法了,不管实用性如何,我觉得每一种都是大开脑洞的操作,这些操作都需要对某个知识点有一定的了解

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旁观者的姓名永远爬不到比赛的计分板上。

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