关于后端:为什么-HashMap-是线程不安全的

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如果你有一个值得谋求的指标，那么你肯定能够找到达成的办法。

咱们都晓得 HashMap 是线程不平安的，在多线程环境中不倡议应用，然而其线程不平安次要体现在什么中央呢，本文将对该问题进行解密。

在 jdk1.8 中对 HashMap 做了很多优化，这里先剖析在 jdk1.7 中的问题，置信大家都晓得在 jdk1.7 多线程环境下 HashMap 容易呈现死循环，这里咱们先用代码来模仿呈现死循环的状况：

public class HashMapTest {public static void main(String[] args) {HashMapThread thread0 = new HashMapThread();
        HashMapThread thread1 = new HashMapThread();
        HashMapThread thread2 = new HashMapThread();
        HashMapThread thread3 = new HashMapThread();
        HashMapThread thread4 = new HashMapThread();
        thread0.start();
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread3.start();
        thread4.start();}
}

class HashMapThread extends Thread {private static AtomicInteger ai = new AtomicInteger();
    private static Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();

    @Override
    public void run() {while (ai.get() < 1000000) {map.put(ai.get(), ai.get());
            ai.incrementAndGet();}
    }
}

上述代码比较简单，就是开多个线程一直进行 put 操作，并且 HashMap 与 AtomicInteger 都是全局共享的。在多运行几次该代码后，呈现如下死循环情景：

其中有几次还会呈现数组越界的状况：

这里咱们着重剖析为什么会呈现死循环的状况，通过 jps 和 jstack 命名查看死循环状况，后果如下：

从堆栈信息中能够看到呈现死循环的地位，通过该信息可明确晓得死循环产生在 HashMap 的扩容函数中，本源在 transfer 函数中，jdk1.7 中 HashMap 的 transfer 函数如下：

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
    int newCapacity = newTable.length;
    for (Entry<K, V> e : table) {while (null != e) {
            Entry<K, V> next = e.next;
            if (rehash) {e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
            }
            int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
            e.next = newTable[i];
            newTable[i] = e;
            e = next;
        }
    }
}

总结下该函数的次要作用：

在对 table 进行扩容到 newTable 后，须要将原来数据转移到 newTable 中，留神 10-12 行代码，这里能够看出在转移元素的过程中，应用的是头插法，也就是链表的程序会翻转，这里也是造成死循环的关键点。

上面进行详细分析。

前提条件：

这里假如

hash 算法为简略的用 key mod 链表的大小。

最开始 hash 表 size=2，key=3,7,5，则都在 table[1] 中。

而后进行 resize，使 size 变成 4。

未 resize 前的数据结构如下：

如果在单线程环境下，最初的后果如下：

这里的转移过程，不再进行详述，只有了解 transfer 函数在做什么，其转移过程以及如何对链表进行反转应该不难。

而后在多线程环境下，假如有两个线程 A 和 B 都在进行 put 操作。线程 A 在执行到 transfer 函数中第 11 行代码处挂起，因为该函数在这里剖析的位置十分重要，因而再次贴出来。

此时线程 A 中运行后果如下：

线程 A 挂起后，此时线程 B 失常执行，并实现 resize 操作，后果如下：

这里须要特地留神的点： 因为线程 B 曾经执行结束，依据 Java 内存模型，当初 newTable 和 table 中的 Entry 都是主存中最新值：7.next=3，3.next=null。

此时切换到线程 A 上，在线程 A 挂起时内存中值如下：e=3，next=7，newTable[3]=null，代码执行过程如下：

newTable[3]=e ----> newTable[3]=3
e=next ----> e=7

此时后果如下：

持续循环：

e=7
next=e.next ----> next=3【从主存中取值】e.next=newTable[3] ----> e.next=3【从主存中取值】newTable[3]=e ----> newTable[3]=7
e=next ----> e=3

后果如下：

再次进行循环：

e=3
next=e.next ----> next=null
e.next=newTable[3] ----> e.next=7 即 3.next=7
newTable[3]=e ----> newTable[3]=3
e=next ----> e=null

留神此次循环：e.next=7，而在上次循环中 7.next=3，呈现环形链表，并且此时 e =null 循环完结。

后果如下：

在后续操作中只有波及轮询 hashmap 的数据结构，就会在这里产生死循环，造成喜剧。

遵循上述剖析过程，初始时：

线程 A 和线程 B 进行 put 操作，同样线程 A 挂起：

此时线程 A 的运行后果如下：

此时线程 B 已取得 CPU 工夫片，并实现 resize 操作：

同样留神因为线程 B 执行实现，newTable 和 table 都为最新值：5.next=null。

此时切换到线程 A，在线程 A 挂起时：e=7，next=5，newTable[3]=null。

执行 newtable[i]=e，就将 7 放在了 table[3] 的地位，此时 next=5。接着进行下一次循环：

e=5
next=e.next ----> next=null，从主存中取值
e.next=newTable[1] ----> e.next=5，从主存中取值
newTable[1]=e ----> newTable[1]=5
e=next ----> e=null

将 5 搁置在 table[1] 地位，此时 e =null 循环完结，3 元素失落，并造成环形链表。并在后续操作 hashmap 时造成死循环。

在 jdk1.8 中对 HashMap 进行了优化，在产生 hash 碰撞，不再采纳头插法形式，而是直接插入链表尾部，因而不会呈现环形链表的状况，然而在多线程的状况下依然不平安，这里咱们看 jdk1.8 中 HashMap 的 put 操作源码：

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {Node<K, V>[] tab; Node<K, V> p; int n, i;
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) // 如果没有 hash 碰撞则直接插入元素
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node<K, V> e; K k;
        if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K, V>) p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {for (int binCount = 0; ; ++binCount) {if ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

这是 jdk1.8 中 HashMap 中 put 操作的主函数，留神第 6 行代码，如果没有 hash 碰撞则会直接插入元素。如果线程 A 和线程 B 同时进行 put 操作，刚好这两条不同的数据 hash 值一样，并且该地位数据为 null，所以这线程 A、B 都会进入第 6 行代码中。

假如一种状况，线程 A 进入后还未进行数据插入时挂起，而线程 B 失常执行，从而失常插入数据，而后线程 A 获取 CPU 工夫片，此时线程 A 不必再进行 hash 判断了，问题呈现：线程 A 会把线程 B 插入的数据给笼罩，产生线程不平安。

首先 HashMap 是线程不平安的，其次要体现：