2025.4.27

为什么多线程并发操作 ArrayList 会报 ConcurrentModificationException？

ConcurrentModificationException 是 Java 集合框架中的一个常见错误，特别是在多线程环境下操作 ArrayList 时。这个异常的根本原因是 "快速失败"（fail-fast）机制 检测到了并发修改。

底层机制解析

1. ArrayList 的非线程安全设计

ArrayList 的设计初衷是用于单线程环境，它没有内置任何同步机制。当多个线程同时操作同一个 ArrayList 时：

• 一个线程可能在遍历集合（使用迭代器）
• 另一个线程同时修改集合（添加/删除元素）

2. 快速失败（Fail-Fast）机制

ArrayList 的迭代器实现了 fail-fast 机制，通过维护一个 modCount（修改计数器）来实现：

// ArrayList 中的关键字段
protected transient int modCount = 0;  // 记录结构性修改次数

每次对 ArrayList 进行结构性修改（add/remove等）时，modCount 都会递增。

3. 迭代过程中的检查

当创建迭代器时，它会记录当前的 modCount 值：

// ArrayList.Itr 内部类
int expectedModCount = modCount;  // 初始化时记录当前修改计数

每次调用 next() 或 remove() 时，迭代器会检查：

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

4. 多线程冲突场景

线程A（迭代）             线程B（修改）
│                        │
├─ 创建迭代器             │
│  expectedModCount = 5  │
│                        ├─ 添加元素 → modCount++ (6)
├─ 调用next()             │
│  检查 6 != 5 → 抛出异常 │

为什么 Vector 不会出现这个问题？

Vector 是线程安全的，因为：

1. 所有方法都用 synchronized 修饰
2. 迭代器也会在同步块中操作
3. 虽然也有 modCount 机制，但同步保证了修改的原子性

解决方案对比

方案	优点	缺点
Collections.synchronizedList	简单易用	全局锁性能较低
CopyOnWriteArrayList	读操作完全无锁	写操作性能较差，适合读多写少
显式同步（synchronized块）	控制粒度更细	需要手动管理，容易出错

最佳实践：在大多数现代Java应用中，CopyOnWriteArrayList 是最佳选择，除非有特别高的写性能要求。