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作者：developer

cnblogs.com/developer_chan/p/10450908.html

前言：我们都知道HashMap是线程不安全的，在多线程环境中不建议使用，但是其线程不安全主要体现在什么地方呢，本文将对该问题进行解密。

1.jdk1.7中的HashMap

在jdk1.8中对HashMap做了很多优化，这里先分析在jdk1.7中的问题，相信大家都知道在jdk1.7多线程环境下HashMap容易出现死循环，这里我们先用代码来模拟出现死循环的情况：

publicclassHashMapTest{


publicstaticvoidmain(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();

    }

}


classHashMapThreadextendsThread{

privatestatic AtomicInteger ai = 
new AtomicInteger();

privatestatic Map<Integer, Integer> map = 
new HashMap<>();


@Override
publicvoidrun(){

while (ai.get() < 
1000000) {

            map.put(ai.get(), ai.get());

            ai.incrementAndGet();

        }

    }

}

上述代码比较简单，就是开多个线程不断进行put操作，并且HashMap与AtomicInteger都是全局共享的。在多运行几次该代码后，出现如下死循环情形：

其中有几次还会出现数组越界的情况：

这里我们着重分析为什么会出现死循环的情况，通过jps和jstack命名查看死循环情况，结果如下：

从堆栈信息中可以看到出现死循环的位置，通过该信息可明确知道死循环发生在HashMap的扩容函数中，根源在transfer函数中，jdk1.7中HashMap的transfer函数如下：

voidtransfer(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;

            }

        }

    }

总结下该函数的主要作用：

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。下面进行详细分析。

1.1 扩容造成死循环分析过程

前提条件：

这里假设

hash算法为简单的用key mod链表的大小。
最开始hash表size=2，key=3,7,5，则都在table[1]中。
然后进行resize，使size变成4。

未resize前的数据结构如下：

如果在单线程环境下，最后的结果如下：

这里的转移过程，不再进行详述，只要理解transfer函数在做什么，其转移过程以及如何对链表进行反转应该不难。

然后在多线程环境下，假设有两个线程A和B都在进行put操作。线程A在执行到transfer函数中第11行代码处挂起，因为该函数在这里分析的地位非常重要，因此再次贴出来。

此时线程A中运行结果如下：

线程A挂起后，此时线程B正常执行，并完成resize操作，结果如下：

这里需要特别注意的点：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。

此时切换到线程A上，在线程A挂起时内存中值如下：e=3，next=7，newTable[3]=null，代码执行过程如下：

newTable[3]=e ----> newTable[3]=3

e=next ----> e=7

此时结果如下：

继续循环：

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

结果如下：

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

注意此次循环：e.next=7，而在上次循环中7.next=3，出现环形链表，并且此时e=null循环结束。

结果如下：

在后续操作中只要涉及轮询hashmap的数据结构，就会在这里发生死循环，造成悲剧。

1.2 扩容造成数据丢失分析过程

遵照上述分析过程，初始时：

线程A和线程B进行put操作，同样线程A挂起：

此时线程A的运行结果如下：

此时线程B已获得CPU时间片，并完成resize操作：

同样注意由于线程B执行完成，newTable和table都为最新值：5.next=null。

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table[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。

2.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<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) 
// 如果没有hash碰撞则直接插入元素
            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;

elseif (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);

returnnull;

    }