HashMap是线程不安全的体现有哪些

这篇文章主要讲解了“HashMap是线程不安全的体现有哪些”，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习“HashMap是线程不安全的体现有哪些”吧！

1.jdk1.7中的HashMap

在jdk1.8中对HashMap做了很多优化，这里先分析在jdk1.7中的问题，相信大家都知道在jdk1.7多线程环境下HashMap容易出现死循环，这里我们先用代码来模拟出现死循环的情况：

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，就是开多个线程不断进行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，出现如下死循环情形：

其中有几次还会出现数组越界的情况：

这里我们着重分析为什么会出现死循环的情况，通过jps和jstack命名查看死循环情况，结果如下：

从堆栈信息中可以看到出现死循环的位置，通过该信息可明确知道死循环发生在HashMap的扩容函数中，根源在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;              }          }     }

总结下该函数的主要作用：

在对table进行扩容到newTable后，需要将原来数据转移到newTable中，注意10-12行代码，这里可以看出在转移元素的过程中，使用的是头插法，也就是链表的顺序会翻转，这里也是形成死循环的关键点。下面进行详细分析。

1.1 扩容造成死循环分析过程

前提条件：

这里假设

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2.  hash算法为简单的用key mod链表的大小。

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

4.  然后进行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，最后的结果如下：

这里的转移过程，不再进行详述，只要理解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。

然后在多线程环境下，假设有两个线程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，因为该函数在这里分析的地位非常重要，因此再次贴出来。

此时线程A中运行结果如下：

线程A挂起后，此时线程B正常执行，并完成resize操作，结果如下：

这里需要特别注意的点：由于线程B已经执行完毕，根据Java内存模型，现在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

此时结果如下：

继续循环：

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

结果如下：

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

注意此次循环：e.next=7，而在上次循环中7.next=3，出现环形链表，并且此时e=null循环结束。

结果如下：

在后续操作中只要涉及轮询hashmap的数据结构，就会在这里发生死循环，造成悲剧。

1.2 扩容造成数据丢失分析过程

遵照上述分析过程，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的运行结果如下：

此时线程B已获得CPU时间片，并完成resize操作：

同样注意由于线程B执行完成，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]的位置，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放置在table[1]位置，此时e=null循环结束，3元素丢失，并形成环形链表。并在后续操作hashmap时造成死循环。

2.jdk1.8中HashMap

在jdk1.8中对HashMap进行了优化，在发生hash碰撞，不再采用头插法方式，而是直接插入链表尾部，因此不会出现环形链表的情况，但是在多线程的情况下仍然不安全，这里我们看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， 注意第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，并且该位置数据为null，所以这线程A、B都会进入第6行代码中。

假设一种情况，线程A进入后还未进行数据插入时挂起，而线程b正常执行，从而正常插入数据，然后线程a获取cpu时间片，此时线程A不用再进行hash判断了，问题出现：线程A会把线程B插入的数据给覆盖，发生线程不安全。

这里只是简要分析下jdk1.8中HashMap出现的线程不安全问题的体现，后续将会对java的集合框架进行总结，到时再进行具体分析。

感谢各位的阅读，以上就是“HashMap是线程不安全的体现有哪些”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对HashMap是线程不安全的体现有哪些这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是亿速云，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！