HashMap是線程不安全的體現(xiàn)有哪些

這篇文章主要講解了“HashMap是線程不安全的體現(xiàn)有哪些”，文中的講解內(nèi)容簡單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學(xué)習(xí)“HashMap是線程不安全的體現(xiàn)有哪些”吧！

1.jdk1.7中的HashMap

在jdk1.8中對HashMap做了很多優(yōu)化，這里先分析在jdk1.7中的問題，相信大家都知道在jdk1.7多線程環(huán)境下HashMap容易出現(xiàn)死循環(huán)，這里我們先用代碼來模擬出現(xiàn)死循環(huán)的情況：

public class HashMapTest {      public static void main(String[] args) {          HashMapThread thread0 = new HashMapThread();          HashMapThread thread1 = new HashMapThread();          HashMapThread thread2 = new HashMapThread();          HashMapThread thread3 = new HashMapThread();          HashMapThread thread4 = new HashMapThread();          thread0.start();          thread1.start();          thread2.start();          thread3.start();          thread4.start();      }  }  class HashMapThread extends Thread {      private static AtomicInteger ai = new AtomicInteger();      private static Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();      @Override      public void run() {          while (ai.get() < 1000000) {              map.put(ai.get(), ai.get());              ai.incrementAndGet();          }      }  }

上述代碼比較簡單，就是開多個線程不斷進(jìn)行put操作，并且HashMap與AtomicInteger都是全局共享的。在多運行幾次該代碼后，出現(xiàn)如下死循環(huán)情形：

其中有幾次還會出現(xiàn)數(shù)組越界的情況：

這里我們著重分析為什么會出現(xiàn)死循環(huán)的情況，通過jps和jstack命名查看死循環(huán)情況，結(jié)果如下：

從堆棧信息中可以看到出現(xiàn)死循環(huán)的位置，通過該信息可明確知道死循環(huán)發(fā)生在HashMap的擴(kuò)容函數(shù)中，根源在transfer函數(shù)中，jdk1.7中HashMap的transfer函數(shù)如下：

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;              }          }     }

總結(jié)下該函數(shù)的主要作用：

在對table進(jìn)行擴(kuò)容到newTable后，需要將原來數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到newTable中，注意10-12行代碼，這里可以看出在轉(zhuǎn)移元素的過程中，使用的是頭插法，也就是鏈表的順序會翻轉(zhuǎn)，這里也是形成死循環(huán)的關(guān)鍵點。下面進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1 擴(kuò)容造成死循環(huán)分析過程

前提條件：

這里假設(shè)

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2.  hash算法為簡單的用key mod鏈表的大小。

3.  最開始hash表size=2，key=3,7,5，則都在table[1]中。

4.  然后進(jìn)行resize，使size變成4。

未resize前的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

如果在單線程環(huán)境下，最后的結(jié)果如下：

這里的轉(zhuǎn)移過程，不再進(jìn)行詳述，只要理解transfer函數(shù)在做什么，其轉(zhuǎn)移過程以及如何對鏈表進(jìn)行反轉(zhuǎn)應(yīng)該不難。

然后在多線程環(huán)境下，假設(shè)有兩個線程A和B都在進(jìn)行put操作。線程A在執(zhí)行到transfer函數(shù)中第11行代碼處掛起，因為該函數(shù)在這里分析的地位非常重要，因此再次貼出來。

此時線程A中運行結(jié)果如下：

線程A掛起后，此時線程B正常執(zhí)行，并完成resize操作，結(jié)果如下：

這里需要特別注意的點：由于線程B已經(jīng)執(zhí)行完畢，根據(jù)Java內(nèi)存模型，現(xiàn)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，在線程A掛起時內(nèi)存中值如下：e=3，next=7，newTable[3]=null，代碼執(zhí)行過程如下：

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

此時結(jié)果如下：

繼續(xù)循環(huán)：

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

結(jié)果如下：

再次進(jìn)行循環(huán)：

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

注意此次循環(huán)：e.next=7，而在上次循環(huán)中7.next=3，出現(xiàn)環(huán)形鏈表，并且此時e=null循環(huán)結(jié)束。

結(jié)果如下：

在后續(xù)操作中只要涉及輪詢hashmap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就會在這里發(fā)生死循環(huán)，造成悲劇。

1.2 擴(kuò)容造成數(shù)據(jù)丟失分析過程

遵照上述分析過程，初始時：

線程A和線程B進(jìn)行put操作，同樣線程A掛起：

此時線程A的運行結(jié)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(zhí)行完成，newTable和table都為最新值：5.next=null。

此時切換到線程A，在線程A掛起時：e=7，next=5，newTable[3]=null。

執(zhí)行newtable[i]=e，就將7放在了table[3]的位置，此時next=5。接著進(jìn)行下一次循環(huán)：

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

將5放置在table[1]位置，此時e=null循環(huán)結(jié)束，3元素丟失，并形成環(huán)形鏈表。并在后續(xù)操作hashmap時造成死循環(huán)。

2.jdk1.8中HashMap

在jdk1.8中對HashMap進(jìn)行了優(yōu)化，在發(fā)生hash碰撞，不再采用頭插法方式，而是直接插入鏈表尾部，因此不會出現(xiàn)環(huán)形鏈表的情況，但是在多線程的情況下仍然不安全，這里我們看jdk1.8中HashMap的put操作源碼：

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,                     boolean evict) {          Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;          if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)              n = (tab = resize()).length;          if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) // 如果沒有hash碰撞則直接插入元素              tab[i] = newNode(hash, key, value, null);          else {              Node<K,V> e; K k;              if (p.hash == hash &&                  ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))                  e = p;              else if (p instanceof TreeNode)                  e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);              else {                  for (int binCount = 0; ; ++binCount) {                      if ((e = p.next) == null) {                          p.next = newNode(hash, key, value, null);                          if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st                              treeifyBin(tab, hash);                          break;                      }                      if (e.hash == hash &&                          ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))                          break;                      p = e;                  }              }              if (e != null) { // existing mapping for key                  V oldValue = e.value;                  if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)                      e.value = value;                  afterNodeAccess(e);                  return oldValue;              }          }          ++modCount;          if (++size > threshold)              resize();          afterNodeInsertion(evict);          return null;      }

這是jdk1.8中HashMap中put操作的主函數(shù)， 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(jìn)行put操作，剛好這兩條不同的數(shù)據(jù)hash值一樣，并且該位置數(shù)據(jù)為null，所以這線程A、B都會進(jìn)入第6行代碼中。

假設(shè)一種情況，線程A進(jìn)入后還未進(jìn)行數(shù)據(jù)插入時掛起，而線程b正常執(zhí)行，從而正常插入數(shù)據(jù)，然后線程a獲取cpu時間片，此時線程A不用再進(jìn)行hash判斷了，問題出現(xiàn)：線程A會把線程B插入的數(shù)據(jù)給覆蓋，發(fā)生線程不安全。

這里只是簡要分析下jdk1.8中HashMap出現(xiàn)的線程不安全問題的體現(xiàn)，后續(xù)將會對java的集合框架進(jìn)行總結(jié)，到時再進(jìn)行具體分析。

感謝各位的閱讀，以上就是“HashMap是線程不安全的體現(xiàn)有哪些”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對HashMap是線程不安全的體現(xiàn)有哪些這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識點的文章，歡迎關(guān)注！