• 1.jdk1.7中的HashMap

• 1.1 扩容造成死循环分析过程

• 1.2 扩容造成数据丢失分析过程

• 2.jdk1.8中HashMap

• 总结

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前言：我们都知道HashMap是线程不安全的，在多线程环境中不建议使用，但是其线程不安全主要体现在什么地方呢，本文将对该问题进行解密。

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：

<pre data-tool="mdnice编辑器" style="margin: 10px 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important; color: rgb(63, 63, 63); font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: 0.544px; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.54902) 0px 2px 10px;"> 1 public class HashMapTest { 2 3 public static void main(String[] args) { 4 HashMapThread thread0 = new HashMapThread(); 5 HashMapThread thread1 = new HashMapThread(); 6 HashMapThread thread2 = new HashMapThread(); 7 HashMapThread thread3 = new HashMapThread(); 8 HashMapThread thread4 = new HashMapThread(); 9 thread0.start(); 10 thread1.start(); 11 thread2.start(); 12 thread3.start(); 13 thread4.start(); 14 } 15 } 16 17 class HashMapThread extends Thread { 18 private static AtomicInteger ai = new AtomicInteger(); 19 private static Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>(); 20 21 @Override 22 public void run() { 23 while (ai.get() < 1000000) { 24 map.put(ai.get(), ai.get()); 25 ai.incrementAndGet(); 26 } 27 } 28 } </pre>

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：

面试官：HashMap 为什么线程不安全？

其中有几次还会出现数组越界的情况：

面试官：HashMap 为什么线程不安全？

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：

面试官：HashMap 为什么线程不安全？

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：

<pre data-tool="mdnice编辑器" style="margin: 10px 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important; color: rgb(63, 63, 63); font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: 0.544px; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.54902) 0px 2px 10px;"> 1 void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) { 2 int newCapacity = newTable.length; 3 for (Entry<K,V> e : table) { 4 while(null != e) { 5 Entry<K,V> next = e.next; 6 if (rehash) { 7 e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key); 8 } 9 int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 10 e.next = newTable[i]; 11 newTable[i] = e; 12 e = next; 13 } 14 } 15 } </pre>

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

1.hash算法为简单的用key mod链表的大小。

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

3.然后进行resize，使size变成4。

未resize前的数据结构如下：

面试官：HashMap 为什么线程不安全？

如果在单线程环境下，最后的结果如下：

面试官：HashMap 为什么线程不安全？

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。

面试官：HashMap 为什么线程不安全？

此时线程A中运行结果如下：

面试官：HashMap 为什么线程不安全？

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：

面试官：HashMap 为什么线程不安全？

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：

<pre data-tool="mdnice编辑器" style="margin: 10px 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important; color: rgb(63, 63, 63); font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: 0.544px; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.54902) 0px 2px 10px;">newTable[3]=e ----> newTable[3]=3 e=next ----> e=7 </pre>

此时结果如下：

面试官：HashMap 为什么线程不安全？

继续循环：

<pre data-tool="mdnice编辑器" style="margin: 10px 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important; color: rgb(63, 63, 63); font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: 0.544px; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.54902) 0px 2px 10px;">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 </pre>

结果如下：

面试官：HashMap 为什么线程不安全？

再次进行循环：

<pre data-tool="mdnice编辑器" style="margin: 10px 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important; color: rgb(63, 63, 63); font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: 0.544px; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.54902) 0px 2px 10px;">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 </pre>

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：

面试官：HashMap 为什么线程不安全？

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：

面试官：HashMap 为什么线程不安全？

线程A和线程B进行put操作，同样线程A挂起：

面试官：HashMap 为什么线程不安全？

此时线程A的运行结果如下：

面试官：HashMap 为什么线程不安全？

此时线程B已获得CPU时间片，并完成resize操作：

面试官：HashMap 为什么线程不安全？

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：

<pre data-tool="mdnice编辑器" style="margin: 10px 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important; color: rgb(63, 63, 63); font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: 0.544px; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.54902) 0px 2px 10px;">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 </pre>

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。

面试官：HashMap 为什么线程不安全？

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：

<pre data-tool="mdnice编辑器" style="margin: 10px 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important; color: rgb(63, 63, 63); font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: normal; letter-spacing: 0.544px; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.54902) 0px 2px 10px;"> 1 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, 2 boolean evict) { 3 Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; 4 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) 5 n = (tab = resize()).length; 6 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) // 如果没有hash碰撞则直接插入元素 7 tab[i] = newNode(hash, key, value, null); 8 else { 9 Node<K,V> e; K k; 10 if (p.hash == hash && 11 ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) 12 e = p; 13 else if (p instanceof TreeNode) 14 e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); 15 else { 16 for (int binCount = 0; ; ++binCount) { 17 if ((e = p.next) == null) { 18 p.next = newNode(hash, key, value, null); 19 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st 20 treeifyBin(tab, hash); 21 break; 22 } 23 if (e.hash == hash && 24 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) 25 break; 26 p = e; 27 } 28 } 29 if (e != null) { // existing mapping for key 30 V oldValue = e.value; 31 if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) 32 e.value = value; 33 afterNodeAccess(e); 34 return oldValue; 35 } 36 } 37 ++modCount; 38 if (++size > threshold) 39 resize(); 40 afterNodeInsertion(evict); 41 return null; 42 } </pre>

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。

总结

首先HashMap是线程不安全的，其主要体现：

• 1.在jdk1.7中，在多线程环境下，扩容时会造成环形链或数据丢失。

• 2.在jdk1.8中，在多线程环境下，会发生数据覆盖的情况。

转自：https://mp.weixin.qq.com/s/VtIpj-uuxFj5Bf6TmTJMTw