前言
既然是繞過迭代器遍歷時的資料修改異常，那麼有必要先看一下是什麼樣的異常。如果在集合的迭代器遍歷時嘗試更新集合中的資料，比如像下面這樣，我想輸出 Hello,World,Java，迭代時卻發現多了一個 C++ 元素，如果直接刪除掉的話。
List<String> list = new ArrayList<>();
Collections.addAll(list, "Hello", "World", "C++", "Java");
// 我想輸出 Hello,World,Java,迭代時發現多一個 C++，所以直接刪除掉。
Iterator iterator = list.iterator();
System.out.println(iterator.next());
System.out.println(iterator.next());
list.remove("C++");
System.out.println(iterator.next());
那麼我想你一定會遇到一個異常 ConcurrentModificationExceptio 。
Hello
World
java.util.ConcurrentModificationException
at java.util.ArrayList$Itr.checkForComodification(ArrayList.java:907)
at java.util.ArrayList$Itr.next(ArrayList.java:857)
at com.wdbyte.lab.jdk.ModCountDemo.updateCollections(ModCountDemo.java:26)
這個異常在剛開始學習 Java 或者使用其他的非執行緒安全的集合過程中可能都有遇到過。導致這個報錯出現的原因就和我們操作的一樣，對於某些集合，不建議在遍歷時進行資料修改，因為這樣會資料出現不確定性。
那麼如何繞過這個錯誤呢？這篇文章中腦洞大開的三種方式一定不會讓你失望。
異常原因
這不是一篇原始碼分析的文章，但是為了介紹繞過這個異常出現的原因，還是要提一下的，已經知道的同學可以直接跳過。
根據上面的報錯，可以追蹤到報錯位置 ArrayList.java 的 857 行和 907 行，追蹤原始碼可以發現在迭代器的 next 方法的第一行，呼叫了 checkForComodification() 方法。
而這個方法直接進行了一個把變數 modCount 和 expectedModCount 進行了對比，如果不一致就會丟擲來 ConcurrentModificationException 異常。
final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
那麼 modCount 這個變數儲存的是什麼資訊呢？
/**
* The number of times this list has been <i>structurally modified</i>.
* Structural modifications are those that change the size of the
* list, or otherwise perturb it in such a fashion that iterations in
* progress may yield incorrect results.
*
* <p>This field is used by the iterator and list iterator implementation
* returned by the {@code iterator} and {@code listIterator} methods.
* If the value of this field changes unexpectedly, the iterator (or list
* iterator) will throw a {@code ConcurrentModificationException} in
* response to the {@code next}, {@code remove}, {@code previous},
* {@code set} or {@code add} operations. This provides
* <i>fail-fast</i> behavior, rather than non-deterministic behavior in
* the face of concurrent modification during iteration.
*
* <p><b>Use of this field by subclasses is optional.</b> If a subclass
* wishes to provide fail-fast iterators (and list iterators), then it
* merely has to increment this field in its {@code add(int, E)} and
* {@code remove(int)} methods (and any other methods that it overrides
* that result in structural modifications to the list). A single call to
* {@code add(int, E)} or {@code remove(int)} must add no more than
* one to this field, or the iterators (and list iterators) will throw
* bogus {@code ConcurrentModificationExceptions}. If an implementation
* does not wish to provide fail-fast iterators, this field may be
* ignored.
*/
protected transient int modCount = 0;
直接看原始碼註釋吧，直接翻譯一下意思就是說 modCount 數值記錄的是列表的結構被修改的次數，結構修改是指那些改變列表大小的修改，或者以某種方式擾亂列表，從而使得正在進行的迭代可能產生不正確的結果。同時也指出了這個欄位通常會在迭代器 iterator 和 listIterator 返回的結果中使用，如果 modCount 和預期的值不一樣，會丟擲 ConcurrentModificationException 異常。
而上面與 modCount 進行對比的欄位 expectedModCount 的值，其實是在建立迭代器時，從 modCount 獲取的值。如果列表結構沒有被修改過，那麼兩者的值應該是一致的。
繞過方式一：40 多億次迴圈繞過
上面分析了異常產生的位置和原因，是因為 modCount 的當前值和建立迭代器時的值有所變化。所以第一種思路很簡單，我們只要能讓兩者的值一致就可以了。在原始碼 int modCount = 0; 中可以看到 modCount 的資料型別是 INT ，既然是 INT ，就是有資料範圍，每次更新列表結構 modCount 都會增1，那麼是不是可以增加到 INT 資料型別的值的最大值溢位到負數，再繼續增加直到變回原來的值呢？如果可以這樣，首先要有一種操作可以在更新列表結構的同時不修改資料。為此翻閱了原始碼尋找這樣的方法。還真的存在這樣的方法。
public void trimToSize() {
modCount++;
if (size < elementData.length) {
elementData = (size == 0)
? EMPTY_ELEMENTDATA
: Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
上來就遞增了 modCount，同時沒有修改任何資料，只是把資料的儲存進行了壓縮。
List<String> list = new ArrayList<>();
Collections.addAll(list, "Hello", "World", "C++", "Java");
list.listIterator();
Iterator iterator = list.iterator();
System.out.println(iterator.next());
System.out.println(iterator.next());
list.remove("C++");
// 40 多億次遍歷，溢位到負數，繼續溢位到原值
for (int n = Integer.MIN_VALUE; n < Integer.MAX_VALUE; n++) ((ArrayList) list).trimToSize();
System.out.println(iterator.next());
正確輸出了想要的 Hello,World,Java 。
繞過方式二：執行緒加物件鎖繞過
分析一下我們的程式碼，每次輸出的都是 System.out.println(iterator.next());。可以看出來是先執行了迭代器 next 方法，然後才執行了System.out 進行輸出。所以第二種思路是先把第三個元素C++ 更新為Java ，然後啟動一個執行緒，在迭代器再次呼叫 next 方法後，把第四個元素移除掉。這樣就輸出了我們想要的結果。
List<String> list = new ArrayList<>();
Collections.addAll(list, "Hello", "World", "C++", "Java");
list.listIterator();
Iterator iterator = list.iterator();
System.out.println(iterator.next());
System.out.println(iterator.next());
// 開始操作
list.set(2, "Java");
Phaser phaser = new Phaser(2);
Thread main = Thread.currentThread();
new Thread(() -> {
synchronized (System.out) {
phaser.arriveAndDeregister();
while (main.getState() != State.BLOCKED) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
list.remove(3);
}
}).start();
phaser.arriveAndAwaitAdvance();
System.out.println(iterator.next());
// 輸出集合
System.out.println(list);
/**
* 得到輸出
*
* Hello
* World
* Java
* [Hello, World, Java]
*/
正確輸出了想要的 Hello,World,Java 。這裡簡單說一下程式碼中的思路，Phaser 是 JDK 7 的新增類，是一個階段執行處理器。構造時的引數 parties 的值為2，說明需要兩個參與方完成時才會進行到下一個階段。而 arriveAndAwaitAdvance 方法被呼叫時，可以讓一個參與方到達。
所以執行緒中對 System.out 進行加鎖，然後執行 arriveAndAwaitAdvance 使一個參與方報告完成，此時會阻塞，等到另一個參與方報告完成後，執行緒進入到一個主執行緒不為阻塞狀態時的迴圈。
這時主執行緒執行 System.out.println(iterator.next()); 。獲取到迭代器的值進行輸出時，因為執行緒內的加鎖原因，主執行緒會被阻塞。知道執行緒內把集合的最後一個元素移除，執行緒處理完成才會繼續。
繞過方式三：利用型別擦除放入魔法物件
在建立集合的時候為了減少錯誤概率，我們會使用泛型限制放入的資料型別，其實呢，泛型限制的集合在執行時也是沒有限制的，我們可以放入任何物件。所以我們可以利用這一點做些文章。
List<String> list = new ArrayList<>();
Collections.addAll(list, "Hello", "World", "C++", "Java");
list.listIterator();
Iterator iterator = list.iterator();
System.out.println(iterator.next());
System.out.println(iterator.next());
// 開始操作
((List)list).set(2, new Object() {
public String toString() {
String s = list.get(3);
list.remove(this);
return s;
}
});
System.out.println(iterator.next());
程式碼裡直接把第三個元素放入了一個魔法物件，重寫了 toString() 方法，內容是返回集合的第四個元素，然後刪除第三個元素，這樣就可以得到想要的 Hello,World,Java 輸出。
上面就是繞過迭代器遍歷時的資料修改報錯的三種方法了，不管實用性如何，我覺得每一種都是大開腦洞的操作，這些操作都需要對某個知識點有一定的瞭解，關注我，瞭解更多稀奇古怪的開發技巧。
參考：
[1] https://www.javaspecialists.eu/archive/Issue186-Iterator-Quiz.html
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