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- 1.jdk1.7中的HashMap
- 1.1 擴容造成死循環分析過程
- 1.2 擴容造成資料丢失分析過程
- 2.jdk1.8中HashMap
- 總結
前言：我們都知道HashMap是線程不安全的，在多線程環境中不建議使用，但是其線程不安全主要展現在什麼地方呢，本文将對該問題進行解密。
1.jdk1.7中的HashMap
在jdk1.8中對HashMap做了很多優化，這裡先分析在jdk1.7中的問題，相信大家都知道在jdk1.7多線程環境下HashMap容易出現死循環，這裡我們先用代碼來模拟出現死循環的情況：
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 }
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17 class HashMapThread extends Thread {
18 private static AtomicInteger ai = new AtomicInteger();
19 private static Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
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21 @Override
22 public void run() {
23 while (ai.get() < 1000000) {
24 map.put(ai.get(), ai.get());
25 ai.incrementAndGet();
26 }
27 }
28 }
複制
上述代碼比較簡單，就是開多個線程不斷進行put操作，并且HashMap與AtomicInteger都是全局共享的。在多運作幾次該代碼後，出現如下死循環情形：
其中有幾次還會出現數組越界的情況：
這裡我們着重分析為什麼會出現死循環的情況，通過jps和jstack命名檢視死循環情況，結果如下：
從堆棧資訊中可以看到出現死循環的位置，通過該資訊可明确知道死循環發生在HashMap的擴容函數中，根源在transfer函數中，jdk1.7中HashMap的transfer函數如下：
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 }
複制
總結下該函數的主要作用：
在對table進行擴容到newTable後，需要将原來資料轉移到newTable中，注意10-12行代碼，這裡可以看出在轉移元素的過程中，使用的是頭插法，也就是連結清單的順序會翻轉，這裡也是形成死循環的關鍵點。下面進行詳細分析。
1.1 擴容造成死循環分析過程
前提條件：
這裡假設
#1.hash算法為簡單的用key mod連結清單的大小。
#2.最開始hash表size=2，key=3,7,5，則都在table[1]中。
#3.然後進行resize，使size變成4。
未resize前的資料結構如下：
如果在單線程環境下，最後的結果如下：
這裡的轉移過程，不再進行詳述，隻要了解transfer函數在做什麼，其轉移過程以及如何對連結清單進行反轉應該不難。
然後在多線程環境下，假設有兩個線程A和B都在進行put操作。線程A在執行到transfer函數中第11行代碼處挂起，因為該函數在這裡分析的地位非常重要，是以再次貼出來。
此時線程A中運作結果如下：
線程A挂起後，此時線程B正常執行，并完成resize操作，結果如下：
這裡需要特别注意的點：由于線程B已經執行完畢，根據Java記憶體模型，現在newTable和table中的Entry都是主存中最新值：7.next=3，3.next=null。
此時切換到線程A上，線上程A挂起時記憶體中值如下：e=3，next=7，newTable[3]=null，代碼執行過程如下：
newTable[3]=e ----> newTable[3]=3
e=next ----> e=7
複制
此時結果如下：
繼續循環：
e=7
next=e.next ----> next=3【從主存中取值】
e.next=newTable[3] ----> e.next=3【從主存中取值】
newTable[3]=e ----> newTable[3]=7
e=next ----> e=3
複制
結果如下：
再次進行循環：
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
複制
注意此次循環：e.next=7，而在上次循環中7.next=3，出現環形連結清單，并且此時e=null循環結束。
結果如下：
在後續操作中隻要涉及輪詢hashmap的資料結構，就會在這裡發生死循環，造成悲劇。
1.2 擴容造成資料丢失分析過程
遵照上述分析過程，初始時：
線程A和線程B進行put操作，同樣線程A挂起：
此時線程A的運作結果如下：
此時線程B已獲得CPU時間片，并完成resize操作：
同樣注意由于線程B執行完成，newTable和table都為最新值：5.next=null。
此時切換到線程A，線上程A挂起時：e=7，next=5，newTable[3]=null。
執行newtable[i]=e，就将**7放在了table[3]**的位置，此時next=5。接着進行下一次循環：
e=5
next=e.next ----> next=null，從主存中取值
e.next=newTable[1] ----> e.next=5，從主存中取值
newTable[1]=e ----> newTable[1]=5
e=next ----> e=null
複制
将5放置在table[1]位置，此時e=null循環結束，3元素丢失，并形成環形連結清單。并在後續操作hashmap時造成死循環。
2.jdk1.8中HashMap
在jdk1.8中對HashMap進行了優化，在發生hash碰撞，不再采用頭插法方式，而是直接插傳入連結表尾部，是以不會出現環形連結清單的情況，但是在多線程的情況下仍然不安全，這裡我們看jdk1.8中HashMap的put操作源碼：
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) // 如果沒有hash碰撞則直接插入元素
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 }
複制
這是jdk1.8中HashMap中put操作的主函數， 注意第6行代碼，如果沒有hash碰撞則會直接插入元素。如果線程A和線程B同時進行put操作，剛好這兩條不同的資料hash值一樣，并且該位置資料為null，是以這線程A、B都會進入第6行代碼中。假設一種情況，線程A進入後還未進行資料插入時挂起，而線程B正常執行，進而正常插入資料，然後線程A擷取CPU時間片，此時線程A不用再進行hash判斷了，問題出現：線程A會把線程B插入的資料給覆寫，發生線程不安全。
這裡隻是簡要分析下jdk1.8中HashMap出現的線程不安全問題的展現，後續将會對java的集合架構進行總結，到時再進行具體分析。
總結
首先HashMap是線程不安全的，其主要展現：
#1.在jdk1.7中，在多線程環境下，擴容時會造成環形鍊或資料丢失。
#2.在jdk1.8中，在多線程環境下，會發生資料覆寫的情況。