问题

14. HashMap 的 modCount 变量有什么作用？为什么 fail-fast 机制需要它？

标准答案

modCount 变量用于记录 HashMap 在 结构性修改（如 put()、remove()、扩容等操作）时的 修改次数，主要作用是 支持 fail-fast 机制。fail-fast 机制在遍历过程中检测 modCount 是否变化，如果变化了（意味着有其他线程或方法修改了 HashMap），Iterator 立即抛出 ConcurrentModificationException，防止并发修改导致数据不一致问题。

答案解析

1. modCount 的作用

modCount 是 HashMap 的一个成员变量，定义如下：

transient int modCount;

它的作用是 记录 HashMap 结构修改的次数，主要包括：

• put(K key, V value)：新增或覆盖 key-value 时，如果 导致结构变化（如新增键值对、扩容），则 modCount++。
• remove(Object key)：删除 key-value 也会 修改结构，modCount++。
• resize()（扩容）：HashMap 触发 容量扩展 时，也会修改 modCount++。

2. 为什么 fail-fast 机制需要 modCount？

fail-fast 机制用于检测 并发修改异常，防止 遍历过程中数据变化 导致的不可预测行为。

在 HashMap 中，Iterator 内部会 缓存创建时的 modCount 值，在 next() 或 remove() 时检查 当前 modCount 是否等于缓存值：

final Entry<K,V> nextEntry() {
    if (modCount != expectedModCount)
        throw new ConcurrentModificationException();
    // 返回下一个元素
}

如果 modCount 发生变化，说明 HashMap 在遍历过程中被 其他线程或方法修改，迭代器会立即抛出 ConcurrentModificationException，防止错误读取数据。例如：

Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("A", "Apple");
map.put("B", "Banana");

Iterator<String> iterator = map.keySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    map.put("C", "Cherry"); // 结构发生变化
    iterator.next(); // 触发 fail-fast，抛出 ConcurrentModificationException
}

如果没有 modCount 机制，在遍历过程中修改 HashMap，可能会导致：

• 遍历结果不完整或重复
• next() 访问已经删除的元素，导致 NullPointerException
• 无限循环，甚至 CPU 100% 占用（如 JDK 1.7 的 HashMap 在高并发下可能导致链表成环）

3. 为什么 fail-fast 不是线程安全机制？

fail-fast 只是一种 快速失败检测机制，并不能防止真正的 并发问题。在多线程环境下：

• 多个线程同时读写 HashMap：可能抛出 ConcurrentModificationException，但不能保证线程安全。
• 不同线程修改 HashMap：fail-fast 只能在 单个迭代器 里生效，不会同步其他线程的修改。

如果需要 线程安全的并发访问，应使用 ConcurrentHashMap，它采用 分段锁（JDK 1.7）或 CAS+链表/红黑树（JDK 1.8），支持 安全的迭代和修改。

深入追问

🔹 为什么 modCount 不能直接用于线程安全控制？
🔹 ConcurrentHashMap 为什么不使用 modCount 进行 fail-fast？
🔹 如何优雅地遍历 HashMap 而不触发 fail-fast？

相关面试题

• 如何避免 ConcurrentModificationException？
• 为什么 HashMap 不能在并发环境下使用？
• modCount 在 ArrayList、HashMap 等数据结构中作用是否相同？