HashMap 为什么线程不安全?

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JDK1.7 及之前版本,在多线程环境下,HashMap 扩容时会造成死循环和数据丢失的问题。

数据丢失这个在 JDK1.7 和 JDK 1.8 中都存在,这里以 JDK 1.8 为例进行介绍。

JDK 1.8 后,在 HashMap 中,多个键值对可能会被分配到同一个桶(bucket),并以链表或红黑树的形式存储。多个线程对 HashMapput 操作会导致线程不安全,具体来说会有数据覆盖的风险。

举个例子:

  • 两个线程 1,2 同时进行 put 操作,并且发生了哈希冲突(hash 函数计算出的插入下标是相同的)。
  • 不同的线程可能在不同的时间片获得 CPU 执行的机会,当前线程 1 执行完哈希冲突判断后,由于时间片耗尽挂起。线程 2 先完成了插入操作。
  • 随后,线程 1 获得时间片,由于之前已经进行过 hash 碰撞的判断,所有此时会直接进行插入,这就导致线程 2 插入的数据被线程 1 覆盖了。
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) {// ...// 判断是否出现 hash 碰撞// (n - 1) & hash 确定元素存放在哪个桶中,桶为空,新生成结点放入桶中(此时,这个结点是放在数组中)if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)tab[i] = newNode(hash, key, value, null);// 桶中已经存在元素(处理hash冲突)else {// ...
}

还有一种情况是这两个线程同时 put 操作导致 size 的值不正确,进而导致数据覆盖的问题:

  1. 线程 1 执行 if(++size > threshold) 判断时,假设获得 size 的值为 10,由于时间片耗尽挂起。
  2. 线程 2 也执行 if(++size > threshold) 判断,获得 size 的值也为 10,并将元素插入到该桶位中,并将 size 的值更新为 11。
  3. 随后,线程 1 获得时间片,它也将元素放入桶位中,并将 size 的值更新为 11。
  4. 线程 1、2 都执行了一次 put 操作,但是 size 的值只增加了 1,也就导致实际上只有一个元素被添加到了 HashMap 中。
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) {// ...// 实际大小大于阈值则扩容if (++size > threshold)resize();// 插入后回调afterNodeInsertion(evict);return null;
}

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