HashMap是執行緒不安全的，在多執行緒環境下對某個物件中HashMap型別的例項變數進行操作時，可能會產生各種不符合預期的問題。
本文詳細說明一下HashMap存在的幾個執行緒安全問題。
注：以下基於JDK1.8
1 多執行緒的put可能導致元素的丟失
1.1 試驗程式碼如下
注：僅作為可能會產生這個問題的樣例程式碼，直接執行不一定會產生問題
public class ConcurrentIssueDemo1 {
private static Map<String, String> map = new HashMap<>();
public static void main(String[] args) {
// 執行緒1 => t1
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 99999999; i++) {
map.put("thread1_key" + i, "thread1_value" + i);
}
}
}).start();
// 執行緒2 => t2
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 99999999; i++) {
map.put("thread2_key" + i, "thread2_value" + i);
}
}
}).start();
}
}
複製程式碼1.2 觸發此問題的場景
先來看一下put方法的原始碼
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, I;
// 初始化hash表
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// 通過hash值計算在hash表中的位置，並將這個位置上的元素賦值給p，如果是空的則new一個新的node放在這個位置上
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
// hash表的當前index已經存在元素，向這個元素後追加連結串列
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) {
// 新建節點並追加到連結串列
if ((e = p.next) == null) { // #1
p.next = newNode(hash, key, value, null); // #2
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;
}
複製程式碼假設當前HashMap中的table狀態如下：
此時t1和t2同時執行put，假設t1執行put(“key2”, “value2”)，t2執行put(“key3”, “value3”)，並且key2和key3的hash值與圖中的key1相同。
那麼正常情況下，put完成後，table的狀態應該是下圖二者其一
下面來看看異常情況
假設執行緒1、執行緒2現在都執行到put原始碼中#1的位置，且當前table狀態如下
然後兩個執行緒都執行了if ((e = p.next) == null)這句程式碼，來到了#2這行程式碼。
此時假設t1先執行p.next = newNode(hash, key, value, null);
那麼table會變成如下狀態
緊接著t2執行p.next = newNode(hash, key, value, null);
此時table會變成如下狀態
這樣一來，key2元素就丟了。
2 put和get併發時，可能導致get為null
場景：執行緒1執行put時，因為元素個數超出threshold而導致rehash，執行緒2此時執行get，有可能導致這個問題。
分析如下：
先看下resize方法原始碼
大致意思是，先計算新的容量和threshold，在建立一個新hash表，最後將舊hash表中元素rehash到新的hash表中
重點程式碼在於#1和#2兩句
// hash表
transient Node<K,V>[] table;
final Node<K,V>[] resize() {
// 計算新hash表容量大小，begin
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
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);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
// 計算新hash表容量大小，end
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked”})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; // #1
table = newTab; // #2
// rehash begin
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
// rehash end
return newTab;
}
複製程式碼在程式碼#1位置，用新計算的容量new了一個新的hash表，#2將新建立的空hash表賦值給例項變數table。
注意此時例項變數table是空的。
那麼，如果此時另一個執行緒執行get時，就會get出null。
3 JDK7中HashMap併發put會造成迴圈連結串列，導致get時出現死迴圈
此問題在JDK8中已經解決。
3.1 JDK7中迴圈連結串列的形成
發生在多執行緒併發resize的情況下。
相關原始碼如下：
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
table = newTable;
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
}
/**
* Transfers all entries from current table to newTable.
*/
// 關鍵在於這個transfer方法，這個方法的作用是將舊hash表中的元素rehash到新的hash表中
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry<K,V> e : table) { // table變數即為舊hash表
while(null != e) {
// #1
Entry<K,V> next = e.next;
if (rehash) {
e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
}
// 用元素的hash值計算出這個元素在新hash表中的位置
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
// #2
e.next = newTable[I];
// #3
newTable[i] = e;
// #4
e = next;
}
}
}
複製程式碼假設執行緒1(t1)和執行緒2(t2)同時resize，兩個執行緒resize前，兩個執行緒及hashmap的狀態如下
堆記憶體中的HashMap物件中的table欄位指向舊的hash表，其中index為7的位置有兩個元素，我們以這兩個元素的rehash為例，看看迴圈連結串列是如何形成的。
執行緒1和執行緒2分別new了一個hash表，用newTable欄位表示。
PS：如果將每一步的執行都以圖的形式呈現出來，篇幅過大，這裡提供一下每次迴圈結束時的狀態，可以根據程式碼和每一步的解釋一步一步推算。
Step1: t2執行完#1程式碼後，CPU且走執行t1，並且t1執行完成
這裡可以根據上圖推算一下，此時狀態如下
用t2.e表示執行緒2中的區域性變數e，t2.next同理。
Step2: t2繼續向下執行完本次迴圈
Step3: t2繼續執行下一次迴圈
Step4: t2繼續下一次迴圈，迴圈連結串列出現
3.2 死迴圈的出現
HashMap.get方法原始碼如下：
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
Entry<K,V> entry = getEntry(key);
return null == entry ? null : entry.getValue();
}
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
if (size == 0) {
return null;
}
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
// 遍歷連結串列
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
e = e.next) {
Object k;
// 假設這裡條件一直不成立
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
}
return null;
}
複製程式碼由上圖可知，for迴圈中的e = e.next永遠不會為空，那麼，如果get一個在這個連結串列中不存在的key時，就會出現死迴圈了。
