HashMap线程不安全问题解析
作者：Heloise_yangyuchang
一、概述
结论：HashMap的线程不安全体现在会造成死循环、数据丢失、数据覆盖等问题。其中死循环和数据丢失是在JDK1.7中出现的问题，在JDK1.8中已经得到解决，但是1.8中仍会有数据覆盖这样的问题。HashMap是线程不安全的，线程安全场景应该使用ConcurrentHashMap。
HashMap的线程不安全主要是发生在扩容方法中，JDK1.7中HashMap的transfer函数如下：
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;
}
}
}
HashMap的扩容操作（先扩容在头插法插入）会重新定位每个桶的下标，并采用头插法将元素迁移到新数组中。头插法会将链表的顺序翻转，这也是造成死循环和数据丢失的关键。
二、JDK1.7中HashMap扩容分析
比如现在有两个线程A、B同时对下面这个HashMap进行扩容操作：
正常扩容后的结果如下（7%4=3%4=3）：
但是当线程A执行到上面transfer函数的第11行代码时，CPU时间片耗尽，线程A被挂起,即
newTable[i] = e; //此处挂起，此时还没有执行
此时线程A中：e=3、next=7、e.next=null
此时线程B开始执行，并且线程B成功的完成了数据迁移，如下：
这个是问题出现关键时间段，根据Java JMM，线程B执行完数据迁移后，此时主内存中newTable和table都是最新的，也就是说：7.next=3；3.next=null
此时线程A获得CPU时间片继续执行newTable[i] = e，将3放入新数组对应的位置，执行完此轮循环后线程A的情况如下
接着继续执行下一轮循环，此时e=7，从主内存中读取e.next时发现主内存中7.next=3，即next=3，并将7采用头插法的方式放入新数组中，并继续执行完此轮循环，结果如下：
继续执行下一次循环可以发现， e.next=null，所以此轮循环将会是最后一轮循环。接下来当执行完e.next=newTable[i]即3.next=7后，3和7之间就相互连接了，当执行完newTable[i]=e后，3被头插法重新插入到链表中，执行结果如下图所示：
到此线程A、B的扩容操作完成。
显然当线程A执行完后，HashMap中出现了环形结构，当在以后对该HashMap进行操作时会出现死循环。并且从上图可以发现，元素5在扩容期间被莫名的丢失了，这就发生了数据丢失的问题。
三、JDK1.8中的线程不安全
JDK1.7出现的问题，在JDK1.8中已经得到了很好的解决，JDK1.8直接在resize函数中完成了数据迁移。在进行元素插入时使用的是尾插法然后在扩容。
但是在1.8中仍会有数据覆盖这样的问题，先看put源码：
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) //判断是否出现hash碰撞,如果没有hash碰撞则直接插入元素，此处线程不安全
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) //++size此处线程不安全
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
其中代码if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) 是判断是否出现hash碰撞： 比如两个线程A、B都在进行put操作，并且hash函数计算出的插入下标是相同的，当线程A执行完第六行代码后由于时间片耗尽导致被挂起，而线程B得到时间片后在该下标处插入了元素，完成了正常的插入，然后线程A获得时间片，由于之前已经进行了hash碰撞的判断，所有此时不会再进行判断，而是直接进行插入，这就导致了线程B插入的数据被线程A覆盖了，从而线程不安全。
还有一种情况就是代码 if (++size > threshold)中的++size： 同样还是线程A、B，这两个线程同时进行put操作时，假设当前HashMap的zise大小为10，当线程A执行到此行代码时，从主内存中获得size的值为10后准备进行+1操作，但是由于时间片耗尽只好让出CPU，线程B快乐的拿到CPU还是从主内存中拿到size的值10进行+1操作，完成了put操作并将size=11写回主内存，然后线程A再次拿到CPU并继续执行(此时size的值仍为10)，当执行完put操作后，还是将size=11写回内存，此时线程A、B都执行了一次put操作，但是size的值只增加了1，所有说还是由于数据覆盖又导致了线程不安全。
四、总结
HashMap的线程不安全主要体现在两个方面：
1.在JDK1.7中，当并发执行扩容操作时会造成环形链和数据丢失的情况。
2.在JDK1.8中，在并发执行put操作时会发生数据覆盖的情况。
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