hashmap为什么线程不安全_HashMap 为什么线程不安全？

傷城~ 2023-01-10 13:06 258阅读 0赞

> 作者：developer
> 
> 来源：https://www.cnblogs.com/developer\_chan/p/10450908.html

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：

![1482036495f0506b1436aaaf23d7e56c.png][]

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：

![488b2f609b50e91b1ebe7f686fd7a1a8.png][]

其中有几次还会出现数组越界的情况：

![7b50645a15fd8a5c3bf2075d4443a9a8.png][]

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：

![5caa66191b86696cecb24321767a3c3c.png][]

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：

![2d52a09598ec4e61bbdd09ba85713078.png][]

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：

![de44706eebe471d418e5b7499966b75b.png][]

如果在单线程环境下，最后的结果如下：

![68abb398a11e70de484e5184feeba5d3.png][]

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。

![3bb1858c4cc652bc85335aeca2b117a7.png][]

此时线程A中运行结果如下：

![332fe7f3ed6ae8c424be5f3833109246.png][]

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：

![1b83a70d432fc08540c051aef07bb6cb.png][]

**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]=3e=next ----> e=7

此时结果如下：

![f885eaccc2f573b7fc43094cf8b49354.png][]

继续循环：

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

结果如下：

![1f6aa89c727bbdfc09314738b9e7a88d.png][]

再次进行循环：

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

![0e2f1f9a3b03c6d59337057085018e27.png][]

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：

![4bafbd5f4066ba3d81ca11798053035b.png][]

线程A和线程B进行put操作，同样线程A挂起：

![47ab5e613b77f58fe95d4516bf408766.png][]

此时线程A的运行结果如下：

![547a839cbead76eb7eb5656d36f3ae95.png][]

此时线程B已获得CPU时间片，并完成resize操作：

![3ad93a5d135f5971caaceda8aa43ded9.png][]

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=5next=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]=5e=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。

![0b3e9fda868aeeebf4137831e5af15be.png][]

### 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：

![6b16dbef940a3bb0c4670ceceabfe9e6.png][]

![a7b2fcdefbab1eab68e2babc38f5e58b.png][]

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。

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