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ConcurrentModificationException 并发修改异常的真相与破解之道

moboyou 2025-06-08 18:49 26 浏览

在Kotlin开发中,
ConcurrentModificationException(并发修改异常)是让开发者头疼的“老熟人”。无论是单线程遍历时修改集合,还是多线程并发操作集合,这个异常都可能突然出现,打断程序的正常运行。本文将深入剖析该异常的根源,并结合Kotlin特性提供解决方案。

一、异常本质:modCount 与 expectedModCount 的博弈

在Java/Kotlin的集合框架中,ArrayList等非线程安全集合通过modCount(修改计数器)和expectedModCount(预期修改计数器)维护结构一致性。

  • modCount:记录集合的结构性修改次数(如add、remove)。
  • expectedModCount:迭代器创建时复制的modCount快照,用于校验迭代期间集合是否被修改。

当迭代器检测到modCount != expectedModCount时,会抛出
ConcurrentModificationException。例如:

val list = mutableListOf("A", "B", "C")
for (item in list) {  
    if (item == "B") {  
        list.remove("B") // 直接修改集合,触发异常  
    }  
}

二、Kotlin 场景下的异常触发点

  1. 单线程遍历中修改集合
    Kotlin的增强型for循环(for (item in list))底层依赖Java迭代器。若在遍历时直接调用集合的add/remove方法,会修改modCount,导致expectedModCount失效。
  2. 多线程并发修改
    多个线程同时操作同一集合时,若一个线程在遍历,另一个线程修改集合,会引发异常。例如:
val list = mutableListOf(1, 2, 3)
thread {  
    for (item in list) {  
        Thread.sleep(100) // 模拟耗时操作  
        println(item)  
    }  
}
thread {  
    repeat(3) {  
        list.add(it + 4)  
        Thread.sleep(50)  
    }  
}
  1. 隐式调用迭代器的场景
  • toString()方法(如ArrayList)可能隐式使用迭代器。
  • Kotlin的mapIndexed、filter等高阶函数若操作可变集合,也可能触发异常。

三、Kotlin 实战中的解决方案

1.使用迭代器的remove方法

Kotlin的迭代器支持remove操作,且会同步更新expectedModCount,避免异常:

val list = mutableListOf("A", "B", "C")
val iterator = list.iterator()
while (iterator.hasNext()) {  
    val item = iterator.next()  
    if (item == "B") {  
        iterator.remove() // 安全删除  
    }  
}
println(list) // 输出: [A, C]

2.使用CopyOnWriteArrayList

对于读多写少的场景,CopyOnWriteArrayList是最佳选择。它通过写时复制机制保证线程安全:

val list = java.util.concurrent.CopyOnWriteArrayList<String>()
list.addAll(listOf("A", "B", "C"))
for (item in list) {  
    if (item == "B") {  
        list.remove("B") // 不会抛出异常  
    }  
}
println(list) // 输出: [A, C]

3.显式同步控制

通过synchronized块或ReentrantLock显式加锁,确保同一时间只有一个线程操作集合:

val list = mutableListOf("A", "B", "C")
synchronized(list) {  
    for (item in list) {  
        if (item == "B") {  
            list.remove("B")  
        }  
    }  
}
println(list) // 输出: [A, C]

4.收集待操作元素后统一处理

先遍历集合收集需要修改的元素,再统一操作:

val list = mutableListOf("A", "B", "C")
val toRemove = mutableListOf<String>()
for (item in list) {  
    if (item == "B") {  
        toRemove.add(item)  
    }  
}
list.removeAll(toRemove)
println(list) // 输出: [A, C]

四、Kotlin 特性加持的优化方案

  1. 协程与withContext(Dispatchers.Default)
    在协程中,通过切换到Dispatchers.Default(共享线程池)并使用synchronized,可高效处理并发修改:
val list = mutableListOf(1, 2, 3)
val job = GlobalScope.launch {  
    withContext(Dispatchers.Default) {  
        synchronized(list) {  
            repeat(3) {  
                list.add(it + 4)  
                delay(50)  
            }  
        }  
    }  
}
  1. Sequence避免中间集合
    使用
    Sequence延迟计算,减少临时集合的创建:
val list = mutableListOf(1, 2, 3, 4, 5)
val result = list.asSequence()
    .filter { it % 2 == 0 }
    .map { it * 2 }
    .toList()
println(result) // 输出: [4, 8]

五、总结与最佳实践

  • 单线程场景:优先使用迭代器的remove方法,避免直接修改集合。
  • 多线程场景:读多写少:使用CopyOnWriteArrayList。写操作频繁:显式同步(synchronized/ReentrantLock)。
  • Kotlin 特性:结合协程、Sequence等特性,减少锁竞争和临时集合开销。


ConcurrentModificationException的本质是集合结构一致性的维护机制。通过理解modCount与expectedModCount的协作逻辑,结合Kotlin的迭代器、并发集合和协程特性,开发者可以轻松规避该异常,写出更健壮的代码。

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