ConcurrentModificationException异常原因，解决方法，线程安全的单例模式-编程知识

异常简介

ConcurrentModificationException（并发修改异常）是基于java集合中的快速失败（fail-fast）机制产生的，在使用迭代器遍历一个集合对象时，如果遍历过程中对集合对象的内容进行了增删改，就会抛出该异常。
快速失败机制使得java的集合类不能在多线程下并发修改，也不能在迭代过程中被修改。

异常原因

示例代码

val elements : MutableList<Int> = mutableListOf()
for ( i in 0..100) {//添加元素elements.add(i)
}val thread = Thread {//线程一读数据elements.forEach {Log.i("testTag", it.toString())}
}val thread2 = Thread {//线程二写入数据for (i in 1..100) {elements.add(i)}
}thread.start()
thread2.start()抛出异常：java.util.ConcurrentModificationExceptionat java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:860)

异常原因是什么呢？
modCount：表示list集合结构上被修改的次数
expectedModCount：表示对ArrayList修改次数的期望值(在开始遍历元素之前记录的)
list的for循环中是通过Iterator迭代器遍历访问集合内容，在遍历过程中会使用到modCount变量，如果在遍历过程期间集合内容发生变化，则会改变modCount的数值，每当迭代器使用next() 遍历下一个元素之前，都会检测 modCount 变量是否为 expectedModCount 值，相等的话就返回遍历；否则抛出异常(ConcurrentModificationException)，终止遍历。
在这里插入图片描述

而在我们的示例代码中，线程二在调用add方法的时候modCount+1，导致线程一在遍历的时候modCount！=expectedModCount，所以抛出了ConcurrentModificationException

解决方法

那在多线程下，我们需要集合支持并发读写怎么实现呢？

使用Collections.synchronizedList给集合加锁

val elements : MutableList<Int> = Collections.synchronizedList(mutableListOf())
...
val thread = Thread {//线程一读数据synchronized(elements) {//使用Iterator遍历时需要手动加锁elements.forEach {Log.i("testTag", it.toString())}}
}
...

原理：
以组合的方式将对 List 的接口方法操作，委托给传入的 list 对象，并且对所有的接口方法对象加锁，得到并发安全性。通过组合的方式对传入的list对象的get，set，add等方法加synchronized同步锁，但是对于需要用到iterator迭代器的时候需要手动加锁

public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list) {return (list instanceof RandomAccess ?new SynchronizedRandomAccessList<>(list) :new SynchronizedList<>(list));
}static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list, Object mutex) {return (list instanceof RandomAccess ?new SynchronizedRandomAccessList<>(list, mutex) :new SynchronizedList<>(list, mutex));
}SynchronizedCollection(Collection<E> c) {this.c = Objects.requireNonNull(c);//需要加锁的对象，这里指自己mutex = this;
}static class SynchronizedList<E>extends SynchronizedCollection<E>implements List<E> {private static final long serialVersionUID = -7754090372962971524L;final List<E> list;SynchronizedList(List<E> list) {super(list);this.list = list;}SynchronizedList(List<E> list, Object mutex) {super(list, mutex);this.list = list;}//在list提供的方法外加了synchronized同步锁public boolean equals(Object o) {if (this == o)return true;synchronized (mutex) {return list.equals(o);}}public int hashCode() {synchronized (mutex) {return list.hashCode();}}public E get(int index) {synchronized (mutex) {return list.get(index);}}public E set(int index, E element) {synchronized (mutex) {return list.set(index, element);}}public void add(int index, E element) {synchronized (mutex) {list.add(index, element);}}public E remove(int index) {synchronized (mutex) {return list.remove(index);}}public int indexOf(Object o) {synchronized (mutex) {return list.indexOf(o);}}public int lastIndexOf(Object o) {synchronized (mutex) {return list.lastIndexOf(o);}}public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {synchronized (mutex) {return list.addAll(index, c);}}//使用iterator迭代器的时候需要手动加锁public ListIterator<E> listIterator() {return list.listIterator(); // Must be manually synched by user}public ListIterator<E> listIterator(int index) {return list.listIterator(index); // Must be manually synched by user}

优点：可以使非线程安全的集合如Arraylist封装成线程安全的集合，并且相对CopyOnWriteArrayList写操作性能较好
缺点：在任何操作之前都需要加同步锁，使用iterator还需要手动加锁才能保证并发读写安全
2. 使用支持并发读写的CopyOnWriteArrayList

val elements : CopyOnWriteArrayList<Int> = CopyOnWriteArrayList()

原理：

public E get(int index) {return get(getArray(), index);
}public boolean add(E e) {synchronized (lock) {Object[] elements = getArray();int len = elements.length;Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);newElements[len] = e;setArray(newElements);return true;}
}
...

读操作：直接读数组对应位置的数据
写操作：以add方法为例，在执行add方法时，会先对集合对象添加同步锁，然后创建一个len+1的数组，再把旧数组中数据复制添加到新数组中，最后把新数组替换掉老数组
优点：读操作效率高，无加锁操作
缺点：写操作每次都需要复制一份新数组，性能较差

拓展：多线程下怎么做好单例的设计

懒汉式单例

在需要的时候再去创建实例。
锁它！锁它！锁它！

同步锁

Java

public class SingleTon {private static volatile SingleTon instance;private SingleTon() {}public static SingleTon getInstance() {synchronized (SingleTon.class) {if (instance == null) {instance = new SingleTon();}}   return instance;}
}

Kotlin

class SingleTon {companion object {private var instance: SingleTon? = null@Synchronizedfun getInstance(): SingleTon {if (instance == null) {instance = SingleTon()}return instance!!}}
}

优点：线程安全，可以延时加载。
缺点：调用效率不高（有锁，且需要先创建对象）。

DCL

为提升性能，减小同步锁的开销，避免每次获取实例都需要经过同步锁，可以使用双重检测判断实例是否已经创建。
Java

public class SingleTon {private static volatile SingleTon4 instance;private SingleTon() {}public static SingleTon getInstance() {if (instance == null) {synchronized (SingleTon.class) {if (instance == null) {instance = new SingleTon4、();}}}return instance;}
}

Kotlin

class SingleTon4 {companion object {val instance by lazy(mode = LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED) {SingleTon4()}}
}

饿汉式单例

在类被加载的时候就把Singleton实例给创建出来供使用，以后不再改变。
Java

public class SingleTon {private static SingleTon singleTon = new SingleTon();private SingleTon() {}public static SingleTon getInstance() {return singleTon;}
}

Kotlin

object SingleTon1 {}

优点：实现简单，线程安全，调用效率高（无锁，且对象在类加载时就已创建，可直接使用）。
缺点：可能在还不需要此实例的时候就已经把实例创建出来了，不能延时加载（在需要的时候才创建对象）。

静态内部类

静态内部类只有被主动调用的时候，JVM才会去加载这个静态内部类。外部类初次加载，会初始化静态变量、静态代码块、静态方法，但不会加载内部类和静态内部类。
Java

public class Singleton {private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return SingletonFactory.instance;}private static class SingletonFactory {private static Singleton instance = new Singleton();}}

Kotlin

class SingleTon5 {companion object {fun getInstance() = Holder.instance}private object Holder {val instance = SingleTon5()}
}

优点：线程安全，调用效率高，可以延时加载。

枚举类

最佳的单例实现模式就是枚举模式。写法简单，线程安全，调用效率高，可以天然的防止反射和反序列化调用，不能延时加载。
Java

public enum Singleton {INSTANCE;public void show() {System.out.println("show");}}调用Singleton.INSTANCE.show();

Kotlin

enum class Singleton {INSTANCE;fun show() {println("show")}
}

写在最后：

在线程安全的几种单例中
枚举（无锁，调用效率高，可以防止反射和反序列化调用，不能延时加载）> 静态内部类（无锁，调用效率高，可以延时加载） > 双重同步锁（有锁，调用效率高于懒汉式，可以延时加载） > 懒汉式（有锁，调用效率不高，可以延时加载） ≈ 饿汉式（无锁，调用效率高，不能延时加载）

ps:只有枚举能防止反射和反序列化调用