【Java】HashMap线程不安全
前言
大家都知道HashMap不安全，HashTable是安全的，HashTable安全是因为加了synchronized锁，那今天来看下HashMap为何不安全
jdk1.7中的HashMap
看源码
/**
* Transfers all entries from current table to newTable.
*/
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry e : table) {
while(null != e) {
//（关键代码）
Entry 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;
} // while
}
} 解释一下上面一段代码
1、当前Entry的个数大于负载因子*table的容量时，会对table进行扩容
2、在对table进行扩容到newTable后，需要将原来数据转移到newTable中，注意10-12行代码，这里可以看出在转移元素的过程中，使用的是头插法，也就是链表的顺序会翻转，这里也是形成死循环的关键点
假设一开始这样
假设这里的定址就是key % 数组容量取余，3，7，5对2取余都是1
这时候需要扩容，假设线程A和线程B同时扩容
线程 A在下面的代码的第某行挂起（已标注）
/**
* Transfers all entries from current table to newTable.
*/
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry e : table) {
while(null != e) {
//（关键代码）
Entry 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;// 线程A挂起
e = next;
} // while
}
} 此时的e就是3，next是7，3的next指向newTable[3]，当前newTable[3]是null ，相当于3和7断开
此时线程B顺利的完成扩容
还是简单取余，7，3对4取余都是3，5对4取余是1
这里要注意
由于线程B已经执行完毕，根据Java内存模型，现在newTable和table中的Entry都是主存中最新值：7.next=3，3.next=null
此时切换回线程A
e=3，next=7，newTable[3]=null
继续执行
newTable[i] = e; // newTable[3] = 3
e = next; // e = 7
继续循环，此时7对4取余还是3，但是现在newTable[3]有值了，是3，很快又被新的e覆盖了，这就是传说中的头插法
e=7
next=e.next ----> next=3【从主存中取值】
e.next=newTable[3] ----> e.next=3【从主存中取值】
newTable[3]=e ----> newTable[3]=7
e=next ----> e=3
再次进行循环
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
可能很容易绕晕，记住一点e就是当前的entry，也就是键值对
为啥会出现这种情况？
因为原来正常扩容的时候，按照3->7->5的顺序，7.next = 5，而由于多线程的存在，这种顺序被打乱了，7.next = 3（线程B的干涉下），就导致了死循环
还有一种情况是扩容导致的数据丢失
假设初始时
线程A如下图所示代码处挂起
/**
* Transfers all entries from current table to newTable.
*/
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry e : table) {
while(null != e) {
//（关键代码）
Entry 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; //线程A挂起
e = next;
} // while
}
} 此时线程A运行结果如下
e.next = newTable[i]; // 7.next = newTable[3]
此时线程B完成扩容操作
此时内存中记录的5.next = null，而原来正常操作下5.next = 3
此时切换到线程A，在线程A挂起时：e=7，next=5，newTable[3]=null。
执行newtable[i]=e，就将7放在了newtable[3]的位置，此时next=5。接着进行下一次循环：
e=5
next=e.next ----> next=null，从主存中取值
e.next=newTable[1] ----> e.next=5，从主存中取值
newTable[1]=e ----> newTable[1]=5
e=next ----> e=null将5放置在table[1]位置，此时e=null循环结束，3元素丢失，并形成环形链表。并在后续操作hashmap时造成死循环。
jdk1.8中HashMap
在jdk1.8中对HashMap进行了优化，在发生hash碰撞，不再采用头插法方式，而是直接插入链表尾部，因此不会出现环形链表的情况，但是在多线程的情况下仍然不安全，这里我们看jdk1.8中HashMap的put操作源码：
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node[] tab; Node p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) // 如果没有hash碰撞则直接插入元素
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node 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)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;
} 这是jdk1.8中HashMap中put操作的主函数， 注意第6行代码，如果没有hash碰撞则会直接插入元素。如果线程A和线程B同时进行put操作，刚好这两条不同的数据hash值一样，并且该位置数据为null，所以这线程A、B都会进入第6行代码中。
假设一种情况，线程A进入后还未进行数据插入时挂起，而线程B正常执行，从而正常插入数据，然后线程A获取CPU时间片，此时线程A不用再进行hash判断了，问题出现：线程A会把线程B插入的数据给覆盖，发生线程不安全。
总结
首先HashMap是线程不安全的，其主要体现：
- 在jdk1.7中，在多线程环境下，扩容时会造成环形链或数据丢失。
- 在jdk1.8中，在多线程环境下，会发生数据覆盖的情况。