Fail-fast and Fail-safe in Java

2025年5月2日 | 阅读 4 分钟

Fail-fast 和 Fail-safe 是 Java 中的迭代器或集合。 Java SE 规范并不使用 Fail-safe 这个术语。我们使用 Fail-safe 来区分 非 Fail-fast 和 Fail-fast 迭代器。Fail-Fast 系统会尽快终止那些暴露了故障的操作，并停止整个操作。而 Fail-Safe 系统则不会终止那些暴露了故障的操作。Fail-safe 系统会尽量避免引发故障。

Fail-fast 和 Fail-safe 是并发修改的概念。并发修改是指在另一个任务正在处理对象时，该对象被并发修改的过程。Fail-fast 和 Fail-safe 是用于迭代 Collection 对象的迭代器。

让我们逐一详细了解 Fail-fast 和 Fail-safe。

Fail-fast 迭代器

当我们使用 Fail-fast 迭代器时，如果在迭代集合的线程过程中向集合添加或删除了元素，它会立即抛出 ConcurrentModificationException。示例：HashMap 中的迭代器、ArrayList 上的迭代器等。

Fail-fast 迭代器使用 modCount，即一个内部标志，用于检查集合是否被结构性修改。当 Fail-fast 迭代器通过 next() 方法获取下一个值时，它会检查 modCount 标志的值。当迭代器发现 modCount 值被修改时，它就会抛出 ConcurrentModificationException。

让我们以 Fail-fast 迭代器为例，了解它在 Java 中是如何工作的。

FailFastIterator.java

//importing classes
import java.util.HashMap; 
import java.util.Iterator; 
import java.util.Map; 

//creating FailFastIterator.java class 
public class FailFastIterator {
	
	//main() method starts
    public static void main(String[] args) 
    {
		//creating map
        Map<Integer, String> students = new HashMap<Integer, String>(); 
        students.put(101, "Emma"); 
        students.put(102, "Paul"); 
        students.put(103, "Walker"); 
		
		//creating an instance of the Iterator class
        Iterator itr = students.keySet().iterator(); 
		
		//iterating map using Iterator 
        while (itr.hasNext()) {
			//printing elements of Map
            System.out.println(students.get(itr.next())); 
  
            // adding an element to Map 
            students.put(104, "Rubby"); // on the next call of next() method, exception will be thrown.
        } 
    } 
}

输出

让我们再看一个 Fail-fast 迭代器的例子，我们将对 ArrayList 使用迭代器。

FailFastIterator2.java

//importing classes
import java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.ArrayList;


//creating FailFastIterator2.java class 
public class FailFastIterator2 {
	
	//main() method starts
    public static void main(String[] args) 
    {
		//creating ArrayList
        ArrayList<String> students = new ArrayList<String>(); 
        students.add("Emma"); 
        students.add("Paul"); 
        students.add("Walker");
		students.add("Elanie");
		students.add("Amara");
		
		
		//creating an instance of the Iterator class
        Iterator itr = students.iterator(); 
		
		//iterating ArrayList using Iterator 
        while (itr.hasNext()) {
            if ((String)itr.next() == "Paul") 
				// It will not throw an exception 
                students.remove("Amara");
		}
		
		System.out.println(students);
		
		itr = students.iterator(); 
		
		//iterating ArrayList using Iterator 
        while (itr.hasNext()) {
            if ((String)itr.next() == "Walker") 
				// It will throw an exception on next call of next() method
                students.remove("Walker");
		}
    } 
}

输出

Fail-safe 迭代器

Java SE 规范不使用 Fail-safe 这个术语。最好称之为 非 Fail-fast 迭代器。Fail-safe 迭代器不会抛出 ConcurrentModificationException，它会尽量避免引发异常。Fail-safe 迭代器会创建原始集合或对象数组的副本，然后迭代这个复制的集合。在迭代器中进行的任何结构性修改都会影响复制的集合，而不是原始集合。因此，原始集合保持结构不变。

以下是与 Fail-safe 相关的一些要点：

使用 Fail-safe 迭代器时，可以在线程迭代它的同时修改集合。
当集合在迭代过程中被修改时，Fail-safe 迭代器不会抛出异常。
为了遍历集合的元素，它会创建一个集合对象的副本。
创建集合对象的副本需要额外的空间。例如：ConcurrentHashMap 上的迭代器、CopyOnWriteArrayList 上的迭代器等。

让我们以 Fail-safe 迭代器为例，了解它在 Java 中实际是如何工作的。

FailSafeIterator.java

//importing classes
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; 
import java.util.Iterator; 
import java.util.Map;
import java.util.HashMap;

//creating FailSafeIterator.java class 
public class FailSafeIterator {
	
	//main() method starts
    public static void main(String[] args) 
    {
		//creating map
        Map<Integer, String> students = new HashMap<Integer, String>(); 
        students.put(101, "Emma"); 
        students.put(102, "Paul"); 
        students.put(103, "Walker");
		
		//creating ConcurrentHashMap by copy students map 
        ConcurrentHashMap<Integer, String> copyStudents = new ConcurrentHashMap<Integer, String>(students); 
		
		//creating an instance of the Iterator class
        Iterator itr = copyStudents.keySet().iterator(); 
		
		//iterating map using Iterator 
        while (itr.hasNext()) {
			//printing elements of copyStudents
            System.out.println(copyStudents.get(itr.next())); 
  
            // adding an element to copyStudents 
            copyStudents.put(104, "Rubby"); // on the next call of next() method, exception will be thrown.
        } 
    } 
}

输出

让我们再看一个 Fail-safe 迭代器的例子，我们将对 CopyOnWriteArrayList 使用迭代器。

FailSafeIterator2.java

//importing classes
import java.util.concurrent. CopyOnWriteArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.ArrayList;


//creating FailSafeIterator2.java class 
public class FailSafeIterator2 {
	
	//main() method starts
    public static void main(String[] args) 
    {
		//creating ArrayList
        ArrayList<String> students = new ArrayList<String>(); 
        students.add("Emma"); 
        students.add("Paul"); 
        students.add("Walker");
		
		//creating CopyOnWriteArrayList by copy students ArrayList 
        CopyOnWriteArrayList<String> copyStudents = new CopyOnWriteArrayList<String>(students); 
		
		//creating an instance of the Iterator class
        Iterator itr = copyStudents.iterator(); 
		
		//iterating CopyOnWriteArrayList using Iterator 
        while (itr.hasNext()) {
			String name = (String)itr.next(); 
            System.out.println(name); 
            if (name == "Paul") 
				// The Rubby name will not print but it has created separate copy 
                copyStudents.add("Rubby");
		} 
    } 
}

输出

Fail-safe 和 Fail-fast 之间的区别

我们根据一些关键因素定义了 Fail-safe 和 Fail-fast 迭代器之间的主要区别。

序号。	键	Fail-Fast	Fail-Safe
1.	Exception	如果在线程迭代集合元素时添加、删除或更新这些元素，Fail-fast 会抛出并发修改异常。	Fail-safe 迭代器会尝试避免引发故障，并且不会抛出异常。
2.	性能和内存	它在迭代时不需要更多内存，因为它迭代的是原始集合，并且所有修改都直接在原始集合上进行。	它需要更多内存，因为需要处理复制的集合。所有修改都直接在复制的集合上进行，而不是在原始集合上。
3.	修改	迭代器在迭代时不能对集合进行更改。	迭代器在迭代时可以对集合进行更改。
4.	示例	ArrayList 上的迭代器和 HashMap 上的迭代器。	CopyOnWriteArrayList 上的迭代器和 ConcurrentHashMap 上的迭代器。

下一主题Java 中的读者-写者问题（使用线程）

Fail-fast and Fail-safe in Java

Fail-fast 迭代器

Fail-safe 迭代器

Fail-safe 和 Fail-fast 之间的区别

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