HashMap为什么存在线程不安全呢？

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tianwc 2023-04-28 19:22:30 ©著作权

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本文主要探讨下HashMap 在多线程环境下容易出现哪些问题，深层次理解其中的HashMap。

我们都知道HashMap是线程不安全的，但是HashMap在咱们日常工作中使用频率在所有map中确实属于比较高的。因为它可以满足我们大多数的场景了。

HashMap为什么存在线程不安全呢？_头结点

上面展示了java中Map的继承图，Map是一个接口，我们常用的实现类有

HashMap
LinkedHashMap
TreeMap
HashTable

数据覆盖问题

两个线程执行put()操作时，可能导致数据覆盖。JDK1.7版本和JDK1.8版本的都存在此问题，这里以 JDK1.7为例。

假设 A、B 两个线程同时执行put()操作，且两个 key 都指向同一个 buekct，那么此时两个结点，都会做头插法。先看这里的代码实现：

public V put(K key, V value) {
    //...
    addEntry(hash, key, value, i);
}


void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    //...
    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
    table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
    size++;
}

看下最后的createEntry()方法，首先获取到了 bucket 上的头结点，然后再将新结点作为 bucket 的头部，并指向旧的头结点，完成一次头插法的操作。当线程 A 和线程 B 都获取到了 bucket 的头结点后，若此时线程 A 的时间片用完，线程 B 将其新数据完成了头插法操作，此时轮到线程 A 操作，但这时线程 A 所据有的旧头结点已经过时了（并未包含线程 B 刚插入的新结点），线程 A 再做头插法操作，就会抹掉 B 刚刚新增的结点，导致数据丢失。

其实不光是put()操作，删除操作、修改操作，同样都会有覆盖问题。

扩容时导致死循环

这是最常遇到的情况，也是面试经常被问及的考题。但说实话，这个多线程环境下导致的死循环问题，并不是那么容易解释清楚，因为这里已经深入到了扩容的细节。这里尽可能简单的描述死循环的产生过程。

另外，只有 JDK1.7 及以前的版本会存在死循环现象，在JDK1.8 中，resize()方式已经做了调整，使用两队链表，且都是使用的尾插法，及时多线程下，也顶多是从头结点再做一次尾插法，不会造成死循环。而JDK1.7能造成死循环，就是因为 resize()时使用了头插法，将原本的顺序做了反转，才留下了死循环的机会。

在进一步说明死循环的过程前，我们先看下JDK1.7中的扩容代码片段：

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;
        }
    }
}

这段代码是HashMap的扩容操作，重新定位每个桶的下标，并采用头插法将元素迁移到新数组中。头插法会将链表的顺序翻转，这也是形成死循环的关键点。

其实就是简单的链表反转，再进一步简化的话，分为当前结点e，以及下一个结点e.next。我们以链表a->b->c->null为例，两个线程 A 和 B，分别做扩容操作。

原表：

HashMap为什么存在线程不安全呢？_头插法_02

线程 A 和 B 各自新增了一个新的哈希 table，在线程 A 已做完扩容操作后，线程 B 才开始扩容。此时对于线程 B 来说，当前结点e指向 a 结点，下一个结点e.next仍然指向 b 结点（此时在线程 A 的链表中，已经是c->b->a的顺序）。按照头插法，哈希表的 bucket 指向 a 结点，此时 a 结点成为线程 B 中链表的头结点，如下图所示：

HashMap为什么存在线程不安全呢？_结点_03