HashMap是线程不安全的，在多线程环境下对某个对象中HashMap类型的实例变量进行操作时，可能会产生各种不符合预期的问题。
本文详细说明一下HashMap存在的几个线程安全问题。
注：以下基于JDK1.8
HashMap原理请走传送门
通过简单例子来探索HashMap原理及内部存储结构
1 多线程的put可能导致元素的丢失
1.1 试验代码如下
注：仅作为可能会产生这个问题的样例代码，直接运行不一定会产生问题
public class ConcurrentIssueDemo1 {private static Map<String, String> map = new HashMap<>();public static void main(String[] args) {// 线程1 => t1new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 99999999; i++) {map.put("thread1_key" + i, "thread1_value" + i);}}}).start();// 线程2 => t2new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 99999999; i++) {map.put("thread2_key" + i, "thread2_value" + i);}}}).start();}
}
1.2 触发此问题的场景
先来看一下put方法的源码
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;// 通过hash值计算在hash表中的位置，并将这个位置上的元素赋值给p，如果是空的则new一个新的node放在这个位置上if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)tab[i] = newNode(hash, key, value, null);else {// hash表的当前index已经存在元素，向这个元素后追加链表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) {// 新建节点并追加到链表if ((e = p.next) == null) { // #1p.next = newNode(hash, key, value, null); // #2if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1sttreeifyBin(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 keyV oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value;afterNodeAccess(e);return oldValue;}}++modCount;if (++size > threshold)resize();afterNodeInsertion(evict);return null;
}
假设当前HashMap中的table状态如下：
此时t1和t2同时执行put，假设t1执行put(“key2”, “value2”)，t2执行put(“key3”, “value3”)，并且key2和key3的hash值与图中的key1相同。
那么正常情况下，put完成后，table的状态应该是下图二者其一
下面来看看异常情况
假设线程1、线程2现在都执行到put源代码中#1的位置，且当前table状态如下
然后两个线程都执行了if ((e = p.next) == null)这句代码，来到了#2这行代码。
此时假设t1先执行p.next = newNode(hash, key, value, null);
那么table会变成如下状态
紧接着t2执行p.next = newNode(hash, key, value, null);
此时table会变成如下状态
这样一来，key2元素就丢了。
2 put和get并发时，可能导致get为null
场景：线程1执行put时，因为元素个数超出threshold而导致rehash，线程2此时执行get，有可能导致这个问题。
分析如下：
先看下resize方法源码
大致意思是，先计算新的容量和threshold，在创建一个新hash表，最后将旧hash表中元素rehash到新的hash表中
重点代码在于#1和#2两句
// hash表
transient Node<K,V>[] table;final Node<K,V>[] resize() {// 计算新hash表容量大小，beginNode<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 thresholdnewCap = oldThr;else { // zero initial threshold signifies using defaultsnewCap = 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;// 计算新hash表容量大小，endNode<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; // #1// #2table = newTab; // rehash beginif (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 orderNode<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;elseloTail.next = e;loTail = e;}else {if (hiTail == null)hiHead = e;elsehiTail.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 endreturn newTab;
}
在代码#1位置，用新计算的容量new了一个新的hash表，#2将新创建的空hash表赋值给实例变量table。
注意此时实例变量table是空的。
那么，如果此时另一个线程执行get时，就会get出null。
3 JDK7中HashMap并发put会造成循环链表，导致get时出现死循环
此问题在JDK8中已经解决。
3.1 JDK7中循环链表的形成
发生在多线程并发resize的情况下。
相关源码如下：
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.*/
// 关键在于这个transfer方法，这个方法的作用是将旧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变量即为旧hash表while(null != e) {// #1Entry<K,V> next = e.next;if (rehash) {e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);}// 用元素的hash值计算出这个元素在新hash表中的位置int i = indexFor(e.hash, newCapacity);// #2e.next = newTable[I];// #3newTable[i] = e;// #4e = next;}}
}
假设线程1(t1)和线程2(t2)同时resize，两个线程resize前，两个线程及hashmap的状态如下
堆内存中的HashMap对象中的table字段指向旧的hash表，其中index为7的位置有两个元素，我们以这两个元素的rehash为例，看看循环链表是如何形成的。
线程1和线程2分别new了一个hash表，用newTable字段表示。
PS：如果将每一步的执行都以图的形式呈现出来，篇幅过大，这里提供一下每次循环结束时的状态，可以根据代码一步一步推算。
Step1: t2执行完#1代码后，CPU且走执行t1，并且t1执行完成
这里可以根据上图推算一下，此时状态如下
用t2.e表示线程2中的局部变量e，t2.next同理。
Step2: t2继续向下执行完本次循环
Step3: t2继续执行下一次循环
Step4: t2继续下一次循环，循环链表出现
3.2 死循环的出现
HashMap.get方法源码如下:
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);// 遍历链表for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];e != null;e = e.next) {Object k;// 假设这里条件一直不成立if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))return e;}return null;
}
由上图可知，for循环中的e = e.next永远不会为空，那么，如果get一个在这个链表中不存在的key时，就会出现死循环了。
