HashMap的线程安全问题

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2024-04-21

我们都知道 HashMap 是线程不安全的，那 HashMap 为什么线程不安全？JDK1.8 还有这些问题吗？如何解决这些问题呢？本文将对该问题进行解密。

多线程下扩容死循环

JDK1.7中的 HashMap 使用头插法插入元素，在多线程的环境下，扩容的时候有可能导致环形链表的出现，形成死循环。因此，JDK1.8使用尾插法插入元素，在扩容时会保持链表元素原本的顺序，不会出现环形链表的问题。

下面看看多线程情况下， JDK1.7 扩容死循环问题的分析。

新建一个更大尺寸的hash表，然后把数据从老的hash表中迁移到新的hash表中。重点看下transfer方法：

假设HashMap初始化大小为2，hash算法就是用key mod 表的长度，在mod 2以后都冲突在table[1]这里了。负载因子是 1.5 (默认为 0.75 )，由公式 threshold=负载因子 * hash表长度可得，threshold=1.5 * 2 =3，size=3，而 size>=threshold 就要扩容，所以 hash表要 resize 成 4。

未resize前的table如下图：

正常的ReHash，得到的结果如下图所示：

我们来看看多线程下的ReHash，假设现在有两个线程同时进行，线程1和线程2，两个线程都会新建新的数组，下面是resize 的过程。

Step1:

假设 线程1 在执行到Entry<K,V> next = e.next;之后，cpu 时间片用完了，被调度挂起，这时线程1的 e 指向节点A，线程1的 next 指向节点B。

线程2继续执行，

Step2:

线程 1 被调度回来执行。

先是执行 newTalbe[i] = e;
然后是e = next，导致了e指向了节点B，
而下一次循环的next = e.next导致了next指向了节点A。

Step3:

线程1 接着工作。把节点B摘下来，放到newTable[i]的第一个，然后把e和next往下移。

Step4: 出现环形链表

e.next = newTable[i] 导致A.next 指向了节点B，此时的B.next 已经指向了节点A，出现环形链表。

如果get一个在此链表中不存在的key时，就会出现死循环了。如 get(11)时，就发生了死循环。

分析见get方法的源码：

for循环中的e = e.next永远不会为空，那么，如果get一个在这个链表中不存在的key时，就会出现死循环了。

多线程的put可能导致元素的丢失

多线程同时执行 put 操作，如果计算出来的索引位置是相同的，那会造成前一个 key 被后一个 key 覆盖，从而导致元素的丢失。此问题在JDK 1.7和 JDK 1.8 中都存在。

我们来看下JDK 1.8 中 put 方法的部分源码，重点看黄色部分：

我们来演示个例子。

假设线程1和线程2同时执行put，线程1执行put(“1”, “A”)，线程2执行put(“5”, “B”)，hash算法就是用key mod 表的长度，表长度为4，在mod 4 以后都冲突在table[1]这里了。注：下面的例子，只演示了 #1 和#2代码的情况，其他代码也会出现类似情况。

正常情况下，put完成后，table的状态应该是下图中的任意一个。