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HashMap为什么线程不安全(hash碰撞与扩容导致)

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一直以来都知道HashMap是线程不安全的,但是到底为什么线程不安全,在多线程操作情况下什么时候线程不安全?

让我们先来了解一下HashMap的底层存储结构,HashMap底层是一个Entry数组,一旦发生Hash冲突的的时候,HashMap采用拉链法解决碰撞冲突,Entry内部的变量:

final Object key;
Object value;
Entry next;
int hash;

通过Entry内部的next变量可以知道使用的是链表,这时候我们可以知道,如果多个线程,在某一时刻同时操作HashMap并执行put操作,而有大于两个key的hash值相同,如图中a1、a2,这个时候需要解决碰撞冲突,而解决冲突的办法上面已经说过,对于链表的结构在这里不再赘述,暂且不讨论是从链表头部插入还是从尾部初入,这个时候两个线程如果恰好都取到了对应位置的头结点e1,而最终的结果可想而知,a1、a2两个数据中势必会有一个会丢失,如图所示:

20210406153845790.jpeg

再来看下put方法

public Object put(Object obj, Object obj1)
    {
        if(table == EMPTY_TABLE)
            inflateTable(threshold);
        if(obj == null)
            return putForNullKey(obj1);
        int i = hash(obj);
        int j = indexFor(i, table.length);
        for(Entry entry = table[j]; entry != null; entry = entry.next)
        {
            Object obj2;
            if(entry.hash == i && ((obj2 = entry.key) == obj || obj.equals(obj2)))
            {
                Object obj3 = entry.value;
                entry.value = obj1;
                entry.recordAccess(this);
                return obj3;
            }
        }

        modCount++;
        addEntry(i, obj, obj1, j);
        return null;
    }

put方法不是同步的,同时调用了addEntry方法:

void addEntry(int i, Object obj, Object obj1, int j)
    {
        if(size >= threshold && null != table[j])
        {
            resize(2 * table.length);
            i = null == obj ? 0 : hash(obj);
            j = indexFor(i, table.length);
        }
        createEntry(i, obj, obj1, j);
    }

addEntry方法依然不是同步的,所以导致了线程不安全出现伤处问题,其他类似操作不再说明,源码一看便知,下面主要说一下另一个非常重要的知识点,同样也是HashMap非线程安全的原因,我们知道在HashMap存在扩容的情况,对应的方法为HashMap中的resize方法:

void resize(int i)
    {
        Entry aentry[] = table;
        int j = aentry.length;
        if(j == 1073741824)
        {
            threshold = 2147483647;
            return;
        } else
        {
            Entry aentry1[] = new Entry[i];
            transfer(aentry1, initHashSeedAsNeeded(i));
            table = aentry1;
            threshold = (int)Math.min((float)i * loadFactor, 1.073742E+009F);
            return;
        }
    }

可以看到扩容方法也不是同步的,通过代码我们知道在扩容过程中,会新生成一个新的容量的数组,然后对原数组的所有键值对重新进行计算和写入新的数组,之后指向新生成的数组。

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操作,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,其他线程的均会丢失。而且当某些线程已经完成赋值而其他线程刚开始的时候,就会用已经被赋值的table作为原始数组,这样也会有问题。

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