Java基础知识强化之集合框架笔记80：HashMap的线程不安全性的体现

1. HashMap 的线程不安全性的体现：

主要是下面两方面：

（1）多线程环境下，多个线程同时resize（）时候，容易产生死锁现象。即：resize死循环

（2）若是在使用迭代器的过程当中有其余线程修改了map，那么将抛出ConcurrentModificationException，即：fail-fast策略

 

2. resize死循环：

（1）为何会出现resize死循环？

在单线程状况下，只有一个线程对HashMap的数据结构进行操做，是不可能产生闭合的回路的。那就只有在多线程并发的状况下才会出现这种状况，那就是在put操做的时候，若是size> initialCapacity * loadFactor，那么这时候HashMap就会进行rehash操做，随之HashMap的结构就会发生翻天覆地的变化。颇有可能就是在两个线程在这个时候同时触发了rehash操做，产生了闭合的回路。

（2）下面咱们从源码中一步一步地分析resize死循环是如何产生的：

-->1. 存储数据put（K key, V value）

public V put(K key, V value) { ...... //算Hash值
    int hash = hash(key.hashCode()); int i = indexFor(hash, table.length); //若是该key已被插入，则替换掉旧的value （连接操做）
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } modCount++; //该key不存在，须要增长一个结点
  addEntry(hash, key, value, i); return null; }

当咱们往HashMap中put元素的时候，先根据key的hash值获得这个元素在数组中的位置（即下标），而后就能够把这个元素放到对应的位置中了。 若是这个元素所在的位置上已经存放有其余元素了，那么在同一个位子上的元素将以链表的形式存放，新加入的放在链头，而先前加入的放在链尾。

 

-->2. 检查容量是否超标addEntry

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); //查看当前的size是否超过了咱们设定的阈值threshold，若是超过，须要resize
    if (size++ >= threshold) resize(2 * table.length); }

能够看到，若是如今size已经超过了threshold，那么就要进行resize操做,新建一个更大尺寸的hash表，而后把数据从老的Hash表中迁移到新的Hash表中。

 

-->3. 调整Hash表大小resize

void resize(int newCapacity) { Entry[] oldTable = table; int oldCapacity = oldTable.length; ...... //建立一个新的Hash Table
    Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; //将Old Hash Table上的数据迁移到New Hash Table上
 transfer(newTable); table = newTable; threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); }

当table[]数组容量较小，容易产生哈希碰撞，因此，Hash表的尺寸和容量很是的重要。通常来讲，Hash表这个容器当有数据要插入时，都会检查容量有没有超过设定的thredhold，若是超过，须要增大Hash表的尺寸，这个过程称为resize。

多个线程同时往HashMap添加新元素时，屡次resize会有必定几率出现死循环，由于每次resize须要把旧的数据映射到新的哈希表，多个线程执行resize操做都须要得到旧哈希表资源就会有概率出现死锁现象，而后相互等待，从而造成死循环。这一部分代码在HashMap#transfer() 方法，以下：

void transfer(Entry[] newTable) { Entry[] src = table; int newCapacity = newTable.length; //下面这段代码的意思是： // 从OldTable里摘一个元素出来，而后放到NewTable中
    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); } } }

大概看下transfer：

• 对索引数组中的元素遍历
• 对链表上的每个节点遍历：用 next 取得要转移那个元素的下一个，将 e 转移到新 Hash 表的头部，使用头插法插入节点。
• 循环2，直到链表节点所有转移
• 循环1，直到全部索引数组所有转移

通过这几步，咱们会发现转移的时候是逆序的。假如转移前链表顺序是1->2->3，那么转移后就会变成3->2->1。这时候就有点头绪了.

死锁问题不就是由于1->2的同时2->1形成的吗？

因此，HashMap 的死锁问题就出在这个transfer()函数上。

 

黄色部分代码是致使多线程使用hashmap出现CPU使用率骤增，从而多个线程阻塞的罪魁祸首。

 

（3）总结：

   当多个线程同时检测到总数量超过门限值的时候就会同时调用resize操做，各自生成新的数组并rehash后赋给该map底层的数组table，结果最终只有最后一个线程生成的新数组被赋给table变量，其余线程的均会丢失。并且当某些线程已经完成赋值而其余线程刚开始的时候，就会用已经被赋值的table做为原始数组，这样也会有问题。

 

 

3. fail-fast策略：

若是在使用迭代器的过程当中有其余线程修改了map，那么将抛出ConcurrentModificationException，这就是所谓fail-fast策略。

首先咱们要知道迭代器是依附于对应的Map的，好比说：

在线程Thread1中，咱们得到map的迭代器iterator1，此时使用iterator1遍历map数据（Thread1运行中，没有结束）

在线程Thread2中，咱们修改了map，map变成了map1，好比时候添加元素（put）、或者删除元素（remove）。此时Thread1就会抛出ConcurrentModificationException错误。

修改了map，咱们迭代的map不是原来的map，可是竟然仍是使用依附原来的map的迭代器iterator1，去迭代map1，天然是不合理的。