迭代器、fail-fast 与不可变集合
Iterator 把遍历位置从集合实现中抽离。普通集合的迭代器通常会尽力检测遍历期间的结构修改并抛出异常，但 fail-fast 只是错误提示，不是并发安全机制。
1. Iterable 提供迭代器
增强 for 会使用 Iterable.iterator()：
for (User user : users) {
consume(user);
}
它的核心逻辑相当于：
Iterator<User> iterator = users.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
User user = iterator.next();
consume(user);
}
Iterator 通常保存当前位置和遍历所需状态，不要求集合支持索引。数组列表、链表、哈希表和树都可以暴露统一遍历接口。
2. 结构修改与 fail-fast
下面的代码会在遍历中通过列表本身删除元素：
for (User user : users) {
if (user.disabled()) {
users.remove(user);
}
}
普通集合实现通常维护结构修改计数。创建迭代器时记录预期计数，next、remove 等操作检查计数是否仍一致；发现集合绕过当前迭代器发生结构变化时，抛出 ConcurrentModificationException。
“结构修改”通常指改变元素数量或会破坏遍历结构的操作。替换某个位置的值是否计入，取决于具体集合契约。
2.1 fail-fast 是尽力检测
Java API 明确说明，迭代器无法在所有非同步并发修改条件下作出绝对保证。因此：
- 没抛异常不代表没有竞态。
- 抛异常不用于正常业务控制流。
modCount检查不提供内存可见性或原子性。- 集合仍需要线程封闭、锁或并发实现。
3. 通过迭代器安全删除当前元素
Iterator<User> iterator = users.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
User user = iterator.next();
if (user.disabled()) {
iterator.remove();
}
}
迭代器知道当前位置，可以在修改后同步自己的预期状态。更简单的条件删除可以使用：
users.removeIf(User::disabled);
ListIterator 还支持向前遍历、替换当前元素和在游标处插入，适用于 List 的局部编辑。
4. 并发集合使用不同的迭代语义
ConcurrentHashMap 的迭代器是弱一致的：
- 不抛
ConcurrentModificationException。 - 能遍历到创建迭代器时或之后的一部分状态。
- 不保证得到某个瞬间的完整快照。
CopyOnWriteArrayList 的迭代器基于创建时的数组快照：
- 后续修改不会出现在这次遍历中。
- 遍历无需与写操作争用同一结构。
- 迭代器不支持修改操作。
把这些行为统称为“fail-safe”容易掩盖差异。Java API 并没有定义一个统一的 fail-safe 接口，应该直接说明弱一致还是快照语义。
5. 不可修改视图与不可变副本
不可修改视图阻止通过当前引用写入，但仍观察原集合变化：
List<String> source = new ArrayList<>(List.of("A", "B"));
List<String> view = Collections.unmodifiableList(source);
source.add("C");
System.out.println(view); // [A, B, C]
List.copyOf 创建不可修改副本：
List<String> snapshot = List.copyOf(source);
source.add("D");
System.out.println(snapshot); // [A, B, C]
如果输入本身已经是合适的不可修改集合，实现可以复用实例，因此不要依赖对象身份。
List.of、Set.of 和 Map.of 直接创建不可修改集合，并拒绝 null；Set 和 Map 工厂还会拒绝重复元素或重复键。
6. 不可变集合通常是浅层的
List<User> snapshot = List.copyOf(users);
snapshot.get(0).rename("changed");
集合结构不能增删，但元素引用指向的 User 仍可能可变。要得到完整不可变状态，元素类型也需要不可变，或者在边界进行防御性复制。
不可修改集合可以减少调用方意外改写结构，也更容易安全发布；它不会自动解决元素内部的线程安全问题。
7. 固定大小列表不等于不可修改列表
Arrays.asList 返回由原数组支持的固定大小列表：
String[] array = {"A", "B"};
List<String> fixed = Arrays.asList(array);
fixed.set(0, "X"); // 可以
// fixed.add("C"); // UnsupportedOperationException
System.out.println(array[0]); // X
它允许替换元素，但不能改变长度。List.of 则连 set 也不允许，并且不与传入可变数组共享可观察的结构修改。
8. 常见问题
8.1 为什么单线程也会抛 ConcurrentModificationException
异常检测的是迭代期间绕过迭代器发生的结构修改，不要求真的存在多个线程。异常名称中的 concurrent 指操作时序重叠，不是线程数量证明。
8.2 使用索引循环就不会有问题吗
不会触发迭代器的 fail-fast 检查，但删除后元素左移仍可能造成跳过，线程并发修改也仍不安全。应根据操作使用倒序索引、Iterator、removeIf 或新结果集合。
8.3 Collections.unmodifiableList 能作为安全 API 返回值吗
只有原集合不会再被外部修改时才足够。否则调用方看到的内容仍会变化。跨边界返回稳定结果通常使用 List.copyOf，并检查元素自身是否可变。
8.4 List.copyOf 可以保存 null 吗
不可以，遇到 null 会抛出 NullPointerException。这与某些 ArrayList 可以保存 null 的行为不同，迁移时要先明确 null 的业务含义。
9. 面试题
9.1 fail-fast 怎样工作，它能保证线程安全吗
出现公司：招银网络、58 同城
考察重点
- 结构修改计数和迭代器预期状态。
- 尽力检测与线程安全保证的区别。
- 正确删除当前元素的方式。
相关内容：第 2 节“结构修改与 fail-fast”、第 3 节“通过迭代器安全删除当前元素”。
参考回答
普通集合通常记录结构修改次数，迭代器创建时保存预期值。遍历过程中如果发现集合绕过当前迭代器发生结构修改，就抛出 ConcurrentModificationException，帮助尽早暴露错误。
这个检查是尽力而为，不提供同步、可见性或原子性，因此不能用“没有抛异常”证明线程安全。遍历时删除当前元素应使用 Iterator.remove 或集合提供的 removeIf；跨线程共享还要使用锁或合适的并发集合。
9.2 怎样创建不会被调用方修改的 List
出现公司：Momenta、招银网络
考察重点
final、固定大小、不可修改视图和不可变副本的区别。- 集合不可变与元素不可变的区别。
- API 返回值是否仍与内部状态共享。
相关内容：第 5 节“不可修改视图与不可变副本”至第 7 节“固定大小列表不等于不可修改列表”。
参考回答
final 只固定变量引用，不能阻止列表修改；Arrays.asList 只是固定大小，仍可替换元素。Collections.unmodifiableList 创建不可修改视图，但原列表变化仍会反映出来。
如果 API 要返回稳定快照，可以使用 List.copyOf 或 List.of。它们拒绝结构修改，但仍是浅层不可变：元素对象可变时，还需要不可变元素或防御性复制。