Java异常处理：Fail-Fast与Fail-Safe详解

本文深入剖析了Java集合框架中两种关键的迭代容错策略——Fail-Fast与Fail-Safe，揭示它们并非简单的“抛不抛异常”之别，而是根植于不同一致性模型的设计哲学：Fail-Fast通过modCount校验在结构性修改发生时立即暴露问题，助你快速定位遍历中误删、多线程竞态等逻辑隐患；Fail-Safe则依赖快照机制（如CopyOnWriteArrayList的复制、ConcurrentHashMap的弱一致性迭代）实现迭代不中断，但需直面写性能开销与数据滞后代价。文章穿透常见误区，强调二者与“线程安全”正交，指出选型核心在于业务对数据实时性、操作频率、错误容忍度的真实权衡——不是容器决定你的架构，而是你对场景的清醒认知，决定了该让程序“快失败”以守住正确性，还是“稳运行”来保障可用性。

Fail-Fast 是什么，为什么 ArrayList 迭代时删元素会抛 ConcurrentModificationException

Fail-Fast 不是 Java 关键字，而是一种设计策略：容器在检测到**结构被意外修改**（比如遍历时调用 remove()）时，立刻抛出异常中止操作，不掩盖问题。核心在于维护一个 modCount 计数器——每次结构性修改（增/删/清空）都会递增它；迭代器初始化时记录该值为 expectedModCount，后续每次 next() 都校验二者是否一致。

常见错误现象：

• 用 for-each 遍历 ArrayList，循环体内调用 list.remove() → 立刻抛 ConcurrentModificationException
• 多线程下，一个线程遍历，另一个线程修改集合 → 同样抛该异常（但不是线程安全问题的“解决”，只是暴露）

实操建议：

• 单线程删除：改用 Iterator.remove()，它会同步更新 expectedModCount
• 需要条件删除：用 removeIf()（Java 8+），内部已做 Fail-Fast 兼容处理
• 别手动 catch ConcurrentModificationException 来“绕过”——这说明逻辑本身有竞态或状态不一致

Fail-Safe 怎么做到不抛异常？CopyOnWriteArrayList 和 ConcurrentHashMap 的代价在哪

Fail-Safe 容器不依赖原集合的实时状态，而是**基于快照（snapshot）迭代**。典型代表是 CopyOnWriteArrayList：每次写操作（add/remove）都复制整个数组，迭代器持有的是创建时的数组副本，因此永远看不到“中间态”修改，自然不会抛异常。

使用场景：

• 读多写少，且迭代期间允许读到“旧数据”（比如监听器列表、配置缓存）
• 不能容忍迭代中断，又无法重构为单线程安全删除逻辑

性能与兼容性影响：

• CopyOnWriteArrayList 写操作 O(n) 时间 + 大量内存拷贝，频繁写会导致 GC 压力剧增
• ConcurrentHashMap 迭代器是弱一致性（weakly consistent）：可能跳过刚插入的元素，也可能重复看到刚删除的元素，但绝不会抛 ConcurrentModificationException
• 它们都不是“线程安全的万能解”——比如 size() 在并发写时可能不准，containsAll() 等批量操作仍需额外同步

什么时候该选 Fail-Fast，什么时候必须用 Fail-Safe

关键判断点不在“要不要异常”，而在**数据一致性要求和操作模式**。

选 Fail-Fast（默认选择）：

• 单线程场景，且删除逻辑可明确控制（如用 Iterator.remove() 或 removeIf()）
• 需要及时发现逻辑错误：比如误在 foreach 中修改集合，Fail-Fast 能立刻暴露 bug，而不是让程序带着脏数据继续跑
• 对内存敏感、写操作频繁（如高频更新的实时数据缓冲区）

选 Fail-Safe（谨慎选用）：

• 明确需要“迭代不中断”，且业务接受读到滞后数据（如 UI 刷新监听器列表）
• 写操作极少，但读+迭代极其频繁（如全局配置项的只读访问）
• 已经存在多线程并发修改+遍历，且无法统一加锁或重构流程

注意：Vector 和 Hashtable 是 synchronized 的 Fail-Fast 容器——它们加了锁，但迭代时仍检查 modCount，不是 Fail-Safe。

容易被忽略的陷阱：Fail-Safe 不等于线程安全，Fail-Fast 也不等于线程不安全

这是最常混淆的点。Fail-Fast/Fail-Safe 描述的是**迭代行为对结构性修改的响应方式**，和“线程安全”是正交概念。

• ArrayList 是 Fail-Fast，但非线程安全；CopyOnWriteArrayList 是 Fail-Safe，且是线程安全的
• ConcurrentHashMap 是 Fail-Safe（迭代不抛异常），也是线程安全的；但它的 computeIfAbsent() 等方法仍需注意重入和副作用
• 即使用了 Fail-Safe 容器，如果多个线程共享某个对象并修改其内部状态（比如 list 里存的是可变对象），依然要自己保证该对象的线程安全

真正复杂的地方在于：业务逻辑常常混合了“结构修改”“元素状态变更”“跨容器协作”。这时候光换容器没用，得看清楚哪一层在变、谁在读、谁在写、延迟是否可接受——Fail-Fast 和 Fail-Safe 只是工具，不是替代思考的捷径。

到这里，我们也就讲完了《Java异常处理：Fail-Fast与Fail-Safe详解》的内容了。个人认为，基础知识的学习和巩固，是为了更好的将其运用到项目中，欢迎关注golang学习网公众号，带你了解更多关于的知识点！