1.定義

???????? Fail-safe 和 Fail-fast，是多線程并發(fā)操作集合時的一種失敗處理機制。

1.1.Fail-Safe機制

1.1.1.定義

???????? Fail-Safe 機制的設計目標是在發(fā)生故障時，系統(tǒng)仍然能夠繼續(xù)運行，盡量避免導致整個系統(tǒng)崩潰。即使發(fā)生錯誤或異常，系統(tǒng)會進入一種安全的狀態(tài)，確保功能的部分可用性或避免更嚴重的后果。

???????? Fail-safe，表示失敗安全，也就是在這種機制下，出現(xiàn)集合元素的修改，不會拋出 ConcurrentModificationException。

???????? 原因是采用安全失敗機制的集合容器，在遍歷時不是直接在集合內(nèi)容上訪問的，而是先復制原有集合內(nèi)容， 在拷貝的集合上進行遍歷。由于迭代時是對原集合的拷貝進行遍歷，所以在遍歷過程中對原集合所做的修改并不能被迭代器檢測到，java定義了一個 CopyOnWriteArrayList，在對這個集合遍歷過程中，對集合元素做修改后，不會拋出異常，但同時也不會打印出增加的元素。

???????? java.util.concurrent 包下的容器都是安全失敗的，可以在多線程下并發(fā)使用，并發(fā)修改。

???????? 常見的使用 fail-safe 方式遍歷的容器有 ConcerrentHashMap 和 CopyOnWriteArrayList 等

??? private static void failSafe() { ??????? CopyOnWriteArrayList<Integer> list ??????????? = new CopyOnWriteArrayList<Integer>(new Integer[] {1,2,3,4}); ??????? Iterator<Integer> iterator = list.iterator(); ??????? while(iterator.hasNext()) { ??????????? Integer i = iterator.next(); ??????????? System.out.println(i); ??????????? if(i == 3) { ??????????????? list.add(108); // 在fail-salf模式下，這里不會被打印 ??????????? } ??????? } ??? }

1.1.2.作用

???????? 容錯性強：Fail-Safe 機制會捕獲錯誤并采取補救措施，系統(tǒng)不會立即中止或崩潰。例如，它可能通過回滾、降級、冗余處理等方式維持基本的功能。

???????? 保證安全：它傾向于在發(fā)生故障時確保安全性或系統(tǒng)的核心功能。即使某個組件出錯，系統(tǒng)會將其隔離或使用默認值來繼續(xù)運行，而不會產(chǎn)生災難性的影響。

???????? 延續(xù)運行：系統(tǒng)能繼續(xù)執(zhí)行，保持盡可能正常的操作，用戶可能會感知到降級的服務或性能，但不會完全喪失功能。

1.1.3.典型應用場景

???????? 核電站控制系統(tǒng)：如果某個傳感器失效，系統(tǒng)會進入安全模式，防止發(fā)生危險。

???????? 飛行控制系統(tǒng)：如果某個子系統(tǒng)出問題，系統(tǒng)會通過冗余設計或故障切換繼續(xù)飛行。

???????? 數(shù)據(jù)庫事務處理：在分布式系統(tǒng)中，Fail-Safe 機制可能用于保持數(shù)據(jù)的一致性，即使某些服務不可用，系統(tǒng)仍可以部分運行。

1.1.4.優(yōu)缺點

???????? 優(yōu)點：提高系統(tǒng)的可靠性，防止單點故障影響整個系統(tǒng)。

???????? 缺點：可能隱藏潛在的問題，長時間運行會積累更多隱患，影響后續(xù)的維護和修復。

1.2.Fail-Fast機制

1.2.1.定義

???????? Fail-Fast 機制的設計目標是在系統(tǒng)檢測到故障時，立即終止運行并報告錯誤，避免故障傳播或進一步引發(fā)不可控的后果。系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)問題時不做任何掩飾，而是迅速失敗，讓問題暴露在早期階段。

???????? 例如，在集合遍歷過程中，一旦發(fā)現(xiàn)容器中的數(shù)據(jù)被修改了，會立刻拋出 ConcurrentModificationException 異常，從而導致遍歷失敗。定義一個 Map 集合，使用 Iterator 迭代器進行數(shù)據(jù)遍歷，在遍歷過程中，對集合數(shù)據(jù)做變更時，就會 發(fā)生 fail-fast。

???????? java.util 包下的集合類都是快速失敗機制的， 常見的使用 fail-fast 方式遍歷的容器有 HashMap 和 ArrayList 等。

??? private void failFast() { ??????? Map<String, String> names = new HashMap<String, String>(); ??????? names.put("001", "name001"); ??????? names.put("002", "name002"); ??????? names.put("003", "name003"); ??????? names.put("004", "name004"); ??????? names.put("005", "name005"); ??????? ??????? Iterator<String> iterator = names.keySet().iterator(); ??????? while(iterator.hasNext()) { ??????????? System.out.println(names.get(iterator.next())); ??????????? names.put("006", "name006"); ??????? } ??? }

1.2.2.作用

???????? 快速檢測錯誤：Fail-Fast 機制允許系統(tǒng)在檢測到不正常情況時立即失敗，從而盡早暴露問題。這使得開發(fā)人員或運維人員能夠迅速發(fā)現(xiàn)并修復問題，防止其在系統(tǒng)中蔓延。

???????? 避免錯誤擴散：Fail-Fast 機制通過立即中止故障進程，防止問題影響其他模塊或功能，從而保護系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。

???????? 提高開發(fā)質(zhì)量：Fail-Fast 的策略常用于開發(fā)和測試環(huán)境中，以確保系統(tǒng)在最早的階段檢測到潛在的缺陷和問題。

1.2.3.典型應用場景

???????? Java 集合框架：如ArrayList中的迭代器就是 Fail-Fast 的。如果在遍歷過程中發(fā)現(xiàn)集合結構被修改，它會立即拋出ConcurrentModificationException，而不是繼續(xù)運行可能導致不一致的狀態(tài)。

???????? 敏捷開發(fā)：在持續(xù)集成和持續(xù)交付的環(huán)境中，Fail-Fast 機制用于在代碼中發(fā)現(xiàn)問題時立即中斷構建，防止有缺陷的代碼被部署。

???????? 微服務架構：當一個服務依賴的其他服務發(fā)生錯誤時，Fail-Fast 機制可以讓服務立即返回錯誤，而不是等待超時，避免造成更多資源浪費。

1.2.4.優(yōu)缺點

???????? 優(yōu)點：加快問題的暴露和反饋，防止問題積累，有助于提高系統(tǒng)的整體質(zhì)量。

???????? 缺點：可能在系統(tǒng)中引發(fā)較多的短暫性失敗，尤其是在分布式系統(tǒng)中，網(wǎng)絡抖動或短暫的依賴故障也會導致系統(tǒng)快速終止。

2.Fail-Safe和Fail-Fast的對比

???????? Fail-Safe 機制適用于需要高容錯性的系統(tǒng)，目標是在故障情況下仍能保持系統(tǒng)的部分功能運行，保障系統(tǒng)安全性。

???????? Fail-Fast 機制用于盡早暴露和處理錯誤，防止問題蔓延，適合對問題快速反饋和修復的場景。