Java fail-fast 機制深度探究與避坑指南

什麼是 fail-fast？

集合遍歷過程中若結構被修改（增/刪元素），立即拋出 ConcurrentModificationException，而非產生不確定行為。屬於「盡力而為」的保護機制，不保證 100% 捕獲。

觸發場景

1. 單線程：遍歷中直接調用集合的 add/remove/clear
2. 多線程：一線程遍歷，另一線程修改結構

經典踩坑代碼

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("a1","a2","a3"));
for (String s : list) {
    list.remove(s); // 直接修改集合 → CME
}

正確姿勢：使用 Iterator.remove()

Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    String s = it.next();
    if (shouldRemove(s)) it.remove(); // 安全刪除
}

原理：Iterator 內部維護 expectedModCount，調用 it.remove() 會同步更新此計數，與集合 modCount 保持一致。

Arrays.asList() 陷阱

List<String> list = Arrays.asList("a","b","c");
list.iterator().remove(); // UnsupportedOperationException

原因：Arrays.asList 返回的是 java.util.Arrays.ArrayList（內部類），未實現 remove()，非 java.util.ArrayList。此列表為固定長度視圖。

原理速覽

• ArrayList 維護 transient int modCount
• 構建 Iterator 時快照 expectedModCount = modCount
• 每次 next() 前檢查 if (modCount != expectedModCount) throw CME
• Iterator.remove() 內部調用 ArrayList.remove(index) 並同步 expectedModCount = modCount

避坑清單

• 遍歷刪除 → Iterator.remove()
• 遍歷新增 → 收集待加元素，遍歷後批量 addAll
• 多線程環境 → CopyOnWriteArrayList、ConcurrentHashMap 或外部同步
• Arrays.asList 結果不可結構性修改
• fail-safe 集合（ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList）遍歷時不拋 CME，但可能讀到舊數據