Java基础：详解HashMap在多线程下不安全

今天想知道HashMap为什么在多线程下不安全，找了许多资料，终于理解了。

首先先了解一下HashMap:

HashMap实现的原理是：数组+链表

HashMap的size大于等于(容量*加载因子)的时候,会触发扩容的操作,这个是个代价不小的操作。 

为什么要扩容呢?

HashMap默认的容量是16,随着元素不断添加到HashMap里,出现hash冲突的机率就更高,那每个桶对应的链表就会更长, 

这样会影响查询的性能,因为每次都需要遍历链表,比较对象是否相等,一直到找到元素为止。

为了提升查询性能,只能扩容,减少hash冲突,让元素的key尽量均匀的分布。

在单线程中，HashMap是安全的，但是在高并发的环境下，会出现不安全，原因在于HashMap的扩容。

我们先看下HashMap扩容的代码：

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);//可能导致环链  
          
        table = newTable;  
        threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);  
}  

　　

transfer方法就是进行HashMap的扩容的核心方法：

void transfer(Entry[] newTable) {  
    Entry[] src = table;  
    int newCapacity = newTable.length;  
    for (int j = 0; j < src.length; j++) {  
        Entry<K,V> e = src[j];  
        if (e != null) {  
            src[j] = null;  
            do {  
                Entry<K,V> next = e.next;  
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);  
                e.next = newTable[i];  
                newTable[i] = e;  
                e = next;  
            } while (e != null);  
        }  
    }  
}  

在并发情况下进行扩容，有一个线程执行到

Entry<K,V> next = e.next;  

而另外一个线程已经执行完扩容，再等这个线程执行完就会出现环路，并且也会丢失一些节点。

我查看一下陈皓大神的文章，里面写的很详细：

https://coolshell.cn/articles/9606.html

正常的ReHash的过程

画了个图做了个演示。

• 我假设了我们的hash算法就是简单的用key mod 一下表的大小（也就是数组的长度）。

• 最上面的是old hash 表，其中的Hash表的size=2, 所以key = 3, 7, 5，在mod 2以后都冲突在table[1]这里了。

• 接下来的三个步骤是Hash表 resize成4，然后所有的<key,value> 重新rehash的过程

并发下的Rehash

1）假设我们有两个线程。我用红色和浅蓝色标注了一下。

我们再回头看一下我们的 transfer代码中的这个细节：

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do {     Entry<K,V> next = e.next; // <--假设线程一执行到这里就被调度挂起了     int i = indexFor(e.hash, newCapacity);     e.next = newTable[i];     newTable[i] = e;     e = next; } while (e != null);

而我们的线程二执行完成了。于是我们有下面的这个样子。

注意，因为Thread1的 e 指向了key(3)，而next指向了key(7)，其在线程二rehash后，指向了线程二重组后的链表。我们可以看到链表的顺序被反转后。

2）线程一被调度回来执行。

• 先是执行 newTalbe[i] = e;
• 然后是e = next，导致了e指向了key(7)，
• 而下一次循环的next = e.next导致了next指向了key(3)

3）一切安好。

线程一接着工作。把key(7)摘下来，放到newTable[i]的第一个，然后把e和next往下移。

4）环形链接出现。

e.next = newTable[i] 导致  key(3).next 指向了 key(7)

注意：此时的key(7).next 已经指向了key(3)， 环形链表就这样出现了。

于是，当我们的线程一调用到，HashTable.get(11)时，悲剧就出现了——Infinite Loop。