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面试题1-fail-safe机制与fail-fast 机制

news 2025/9/17 5:55:27

1.定义

Fail-safe 和 Fail-fast，是多线程并发操作集合时的一种失败处理机制。

1.1.Fail-Safe机制

1.1.1.定义

Fail-Safe 机制的设计目标是在发生故障时，系统仍然能够继续运行，尽量避免导致整个系统崩溃。即使发生错误或异常，系统会进入一种安全的状态，确保功能的部分可用性或避免更严重的后果。

Fail-safe，表示失败安全，也就是在这种机制下，出现集合元素的修改，不会抛出 ConcurrentModificationException。

原因是采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历，所以在遍历过程中对原集合所做的修改并不能被迭代器检测到，java定义了一个 CopyOnWriteArrayList，在对这个集合遍历过程中，对集合元素做修改后，不会抛出异常，但同时也不会打印出增加的元素。

java.util.concurrent 包下的容器都是安全失败的，可以在多线程下并发使用，并发修改。

常见的使用 fail-safe 方式遍历的容器有 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，这里不会被打印

}

1.1.2.作用

容错性强：Fail-Safe 机制会捕获错误并采取补救措施，系统不会立即中止或崩溃。例如，它可能通过回滚、降级、冗余处理等方式维持基本的功能。

保证安全：它倾向于在发生故障时确保安全性或系统的核心功能。即使某个组件出错，系统会将其隔离或使用默认值来继续运行，而不会产生灾难性的影响。

延续运行：系统能继续执行，保持尽可能正常的操作，用户可能会感知到降级的服务或性能，但不会完全丧失功能。

1.1.3.典型应用场景

核电站控制系统：如果某个传感器失效，系统会进入安全模式，防止发生危险。

飞行控制系统：如果某个子系统出问题，系统会通过冗余设计或故障切换继续飞行。

数据库事务处理：在分布式系统中，Fail-Safe 机制可能用于保持数据的一致性，即使某些服务不可用，系统仍可以部分运行。

1.1.4.优缺点

优点：提高系统的可靠性，防止单点故障影响整个系统。

缺点：可能隐藏潜在的问题，长时间运行会积累更多隐患，影响后续的维护和修复。

1.2.Fail-Fast机制

1.2.1.定义

Fail-Fast 机制的设计目标是在系统检测到故障时，立即终止运行并报告错误，避免故障传播或进一步引发不可控的后果。系统在发现问题时不做任何掩饰，而是迅速失败，让问题暴露在早期阶段。

例如，在集合遍历过程中，一旦发现容器中的数据被修改了，会立刻抛出 ConcurrentModificationException 异常，从而导致遍历失败。定义一个 Map 集合，使用 Iterator 迭代器进行数据遍历，在遍历过程中，对集合数据做变更时，就会发生 fail-fast。

java.util 包下的集合类都是快速失败机制的，常见的使用 fail-fast 方式遍历的容器有 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

快速检测错误：Fail-Fast 机制允许系统在检测到不正常情况时立即失败，从而尽早暴露问题。这使得开发人员或运维人员能够迅速发现并修复问题，防止其在系统中蔓延。

避免错误扩散：Fail-Fast 机制通过立即中止故障进程，防止问题影响其他模块或功能，从而保护系统整体的稳定性。

提高开发质量：Fail-Fast 的策略常用于开发和测试环境中，以确保系统在最早的阶段检测到潜在的缺陷和问题。

1.2.3.典型应用场景

Java 集合框架：如ArrayList中的迭代器就是 Fail-Fast 的。如果在遍历过程中发现集合结构被修改，它会立即抛出ConcurrentModificationException，而不是继续运行可能导致不一致的状态。

敏捷开发：在持续集成和持续交付的环境中，Fail-Fast 机制用于在代码中发现问题时立即中断构建，防止有缺陷的代码被部署。

微服务架构：当一个服务依赖的其他服务发生错误时，Fail-Fast 机制可以让服务立即返回错误，而不是等待超时，避免造成更多资源浪费。

1.2.4.优缺点

优点：加快问题的暴露和反馈，防止问题积累，有助于提高系统的整体质量。

缺点：可能在系统中引发较多的短暂性失败，尤其是在分布式系统中，网络抖动或短暂的依赖故障也会导致系统快速终止。

2.Fail-Safe和Fail-Fast的对比

Fail-Safe 机制适用于需要高容错性的系统，目标是在故障情况下仍能保持系统的部分功能运行，保障系统安全性。

Fail-Fast 机制用于尽早暴露和处理错误，防止问题蔓延，适合对问题快速反馈和修复的场景。