Java中為什么HashMap線程不安全

本篇內(nèi)容主要講解“Java中為什么HashMap線程不安全”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡(jiǎn)單快捷，實(shí)用性強(qiáng)。下面就讓小編來帶大家學(xué)習(xí)“Java中為什么HashMap線程不安全”吧!

01、多線程下擴(kuò)容會(huì)死循環(huán)

眾所周知，HashMap 是通過拉鏈法來解決哈希沖突的，也就是當(dāng)哈希沖突時(shí)，會(huì)將相同哈希值的鍵值對(duì)通過鏈表的形式存放起來。

JDK 7 時(shí)，采用的是頭部插入的方式來存放鏈表的，也就是下一個(gè)沖突的鍵值對(duì)會(huì)放在上一個(gè)鍵值對(duì)的前面（同一位置上的新元素被放在鏈表的頭部）。擴(kuò)容的時(shí)候就有可能導(dǎo)致出現(xiàn)環(huán)形鏈表，造成死循環(huán)。

resize 方法的源碼：

// newCapacity為新的容量
void resize(int newCapacity) {
    // 小數(shù)組，臨時(shí)過度下
    Entry[] oldTable = table;
    // 擴(kuò)容前的容量
    int oldCapacity = oldTable.length;
    // MAXIMUM_CAPACITY 為最大容量，2 的 30 次方 = 1<<30
    if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
        // 容量調(diào)整為 Integer 的最大值 0x7fffffff（十六進(jìn)制）=2 的 31 次方-1
        threshold = Integer.MAX_VALUE;
        return;
    }

    // 初始化一個(gè)新的數(shù)組（大容量）
    Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
    // 把小數(shù)組的元素轉(zhuǎn)移到大數(shù)組中
    transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
    // 引用新的大數(shù)組
    table = newTable;
    // 重新計(jì)算閾值
    threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
}

transfer 方法用來轉(zhuǎn)移，將小數(shù)組的元素拷貝到新的數(shù)組中。

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
    // 新的容量
    int newCapacity = newTable.length;
    // 遍歷小數(shù)組
    for (Entry<K,V> e : table) {
        while(null != e) {
            // 拉鏈法，相同 key 上的不同值
            Entry<K,V> next = e.next;
            // 是否需要重新計(jì)算 hash
            if (rehash) {
                e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
            }
            // 根據(jù)大數(shù)組的容量，和鍵的 hash 計(jì)算元素在數(shù)組中的下標(biāo)
            int i = indexFor(e.hash, newCapacity);

            // 同一位置上的新元素被放在鏈表的頭部
            e.next = newTable[i];

            // 放在新的數(shù)組上
            newTable[i] = e;

            // 鏈表上的下一個(gè)元素
            e = next;
        }
    }
}

注意 e.next = newTable[i] 和 newTable[i] = e 這兩行代碼，就會(huì)將同一位置上的新元素被放在鏈表的頭部。

擴(kuò)容前的樣子假如是下面這樣子。

那么正常擴(kuò)容后就是下面這樣子。

假設(shè)現(xiàn)在有兩個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)容，線程 A 在執(zhí)行到 newTable[i] = e; 被掛起，此時(shí)線程 A 中：e=3、next=7、e.next=null

線程 B 開始執(zhí)行，并且完成了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。

此時(shí)，7 的 next 為 3，3 的 next 為 null。

隨后線程A獲得CPU時(shí)間片繼續(xù)執(zhí)行 newTable[i] = e，將3放入新數(shù)組對(duì)應(yīng)的位置，執(zhí)行完此輪循環(huán)后線程A的情況如下：

執(zhí)行下一輪循環(huán)，此時(shí) e=7，原本線程 A 中 7 的 next 為 5，但由于 table 是線程 A 和線程 B 共享的，而線程 B 順利執(zhí)行完后，7 的 next 變成了 3，那么此時(shí)線程 A 中，7 的 next 也為 3 了。

采用頭部插入的方式，變成了下面這樣子：

好像也沒什么問題，此時(shí) next = 3，e = 3。

進(jìn)行下一輪循環(huán)，但此時(shí)，由于線程 B 將 3 的 next 變?yōu)榱?null，所以此輪循環(huán)應(yīng)該是最后一輪了。

接下來當(dāng)執(zhí)行完 e.next=newTable[i] 即 3.next=7 后，3 和 7 之間就相互鏈接了，執(zhí)行完 newTable[i]=e 后，3 被頭插法重新插入到鏈表中，執(zhí)行結(jié)果如下圖所示：

套娃開始，元素 5 也就成了棄嬰，慘~~~

不過，JDK 8 時(shí)已經(jīng)修復(fù)了這個(gè)問題，擴(kuò)容時(shí)會(huì)保持鏈表原來的順序，參照HashMap 擴(kuò)容機(jī)制的這一篇。

02、多線程下 put 會(huì)導(dǎo)致元素丟失

正常情況下，當(dāng)發(fā)生哈希沖突時(shí)，HashMap 是這樣的：

但多線程同時(shí)執(zhí)行 put 操作時(shí)，如果計(jì)算出來的索引位置是相同的，那會(huì)造成前一個(gè) key 被后一個(gè) key 覆蓋，從而導(dǎo)致元素的丟失。

put 的源碼：

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;

    // 步驟①：tab為空則創(chuàng)建
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;

    // 步驟②：計(jì)算index，并對(duì)null做處理 
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node<K,V> e; K k;

        // 步驟③：節(jié)點(diǎn)key存在，直接覆蓋value
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;

        // 步驟④：判斷該鏈為紅黑樹
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);

        // 步驟⑤：該鏈為鏈表
        else {
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);

                    //鏈表長度大于8轉(zhuǎn)換為紅黑樹進(jìn)行處理
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }

                // key已經(jīng)存在直接覆蓋value
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }

        // 步驟⑥、直接覆蓋
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;

    // 步驟⑦：超過最大容量 就擴(kuò)容
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

問題發(fā)生在步驟 ② 這里：

if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
    tab[i] = newNode(hash, key, value, null);

兩個(gè)線程都執(zhí)行了 if 語句，假設(shè)線程 A 先執(zhí)行了 tab[i] = newNode(hash, key, value, null)，那 table 是這樣的：

接著，線程 B 執(zhí)行了 tab[i] = newNode(hash, key, value, null)，那 table 是這樣的：

3 被干掉了。

03、put 和 get 并發(fā)時(shí)會(huì)導(dǎo)致 get 到 null

線程 A 執(zhí)行put時(shí)，因?yàn)樵貍€(gè)數(shù)超出閾值而出現(xiàn)擴(kuò)容，線程B 此時(shí)執(zhí)行g(shù)et，有可能導(dǎo)致這個(gè)問題。

注意來看 resize 源碼：

final Node<K,V>[] resize() {
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;
    if (oldCap > 0) {
        // 超過最大值就不再擴(kuò)充了，就只好隨你碰撞去吧
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        // 沒超過最大值，就擴(kuò)充為原來的2倍
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; // double threshold
    }
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
        newCap = oldThr;
    else {               // zero initial threshold signifies using defaults
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    }
    // 計(jì)算新的resize上限
    if (newThr == 0) {
        float ft = (float)newCap * loadFactor;
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                  (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    }
    threshold = newThr;
    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
    table = newTab;
}

線程 A 執(zhí)行完 table = newTab 之后，線程 B 中的 table 此時(shí)也發(fā)生了變化，此時(shí)去 get 的時(shí)候當(dāng)然會(huì) get 到 null 了，因?yàn)樵剡€沒有轉(zhuǎn)移。

到此，相信大家對(duì)“Java中為什么HashMap線程不安全”有了更深的了解，不妨來實(shí)際操作一番吧！這里是億速云網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進(jìn)入相關(guān)頻道進(jìn)行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！