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常见面试题:为什么HashMap不是线程安全的呢?(JDK1.7和JDK1.8角度)(看完你就能和面试官笑谈人生了)

作者:互联网


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常见面试题:为什么HashMap不是线程安全的呢?(JDK1.7和JDK1.8角度)(看完你就能和面试官笑谈人生了)

为什么HashMap不是线程安全的呢?

我们在面试的时候,总是知道HashMap是线程不安全,如果你要保证线程安全的话就是用ConcurrentHashMap。但是我们好像从来没怎么没从HashMap的底层原理上去分析HashMap为什么不是线程安全的。

那现在就一起来分析一下,为什么HashMap不是线程安全的吧!!!

首先,先从整体上说一说HashMap吧。HashMap的线程不安全主要体现在会造成死循环、数据丢失、以及数据覆盖这些问题上。在JDK1.7中,主要是体现在死循环和数据丢失的情况;而在JDK1.8中,这种现象已经得到解决,但是在1.8中仍然会出现数据覆盖这样的问题。接下来,分别来分析它们为什么会造成这种情况呢。

(一)在 JDK1.7 中引发的线程不安全的原因:

JDK1.7 主要是在扩容的时候引发的线程不安全,主要发生在扩容函数中,即transfer函数。下面就是transfer函数的源代码:

/**
 * Transfers all entries from current table to newTable. 
 */
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
    int newCapacity = newTable.length;
    for (Entry<K,V> e : table) {

        while(null != e) {
            //(关键代码)
            Entry<K,V> next = e.next;
            if (rehash) {
                e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
            }
            int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
            e.next = newTable[i];
            newTable[i] = e;
            e = next;
        } // while  

    }
}

开始分析之前,我们首先来回顾一下HashMap的扩容机制:

HashMap默认设定的装载因子loadFactor 为0.75,HashMap的大小为length,已经装载的元素数量为nums,当(nums / length)> loadFactor时,开始扩容。JDK1.7的HashMap的扩容操作,是重新定位每个桶的下标,并采用头插法将元素迁移到新的数组中。

先创建一个散列表HashMap:Map<Integer> map = new HashMap<Integer>(2);,装载因子默认0.75,当插入第二个元素时,会发生扩容。
我们先在map中放入6、8两个元素。

这时有两个线程都执行put操作,那么在此刻两个线程都对HashMap进行扩容,这时候就注意在上文的源码里注释为(关键代码)这一行:Entry<K,V> next = e.next;

假如两个线程分别为A、B两个线程。A线程在执行到关键代码这一行线程就被挂起,那么此刻A线程中:e = 6; next = 8;

接着B线程开始进行扩容,假设新的散列表中,节点6 和 节点8 还是会产生散列冲突,那么线程B的扩容过程为:

①先申请一个空间为旧散列表两倍大的空间

②将节点6 迁移至新散列表

③ 将节点8迁移至新的散列表

此时线程B的扩容已经完成,节点8的后继节点为节点6,节点6的后继节点为null。

此时,我们可以将新旧两个散列表做个对比:

回顾一下,线程A的当前状态:e = 6; next = 8;,处于挂起状态。接着A线程取消挂起状态,接着执行(关键代码)之后的代码:将e = 6;节点迁移至新的散列表,并将next = 8的节点赋值给e。扩容并迁移节点6后的状态,如下图所示:

于是第二次执行while循环时,当前待处理节点:e = 8;

在执行(关键代码)这一行时,由于线程B在扩容时将节点8的后继节点变为节点6,所以next不是为null,而是next = 6;

接着开始执行第三次while循环,由于节点6的后继节点为null,所以 next = null;,执行完第三次while循环的结果为:

循环结束。

从这个扩容函数transfer函数来看,可以看到扩容后的散列表中链表成环,如果这时候执行get()方法查询,就会导致死循环。并且HashMap在并发执行put操作时扩容,可能会导致结点丢失,会导致数据不准的情况。

(二)JDK 1.8 引发线程不安全的原因有:

其实在JDK1.8 中已经很好地解决了JDK1.7 中的问题了,如果再看JDK1.8 的源码,你就会发现JDK1.8中摒弃了transfer函数的,是直接在resize函数中完成数据的迁移,并且在JDK1.8 中插入元素时是使用的尾插法。但是,JDK1.8 会带来数据覆盖的线程不安全

那为什么JDK1.8 会带来会出现数据覆盖的现象呢?可以来看一段JDK 1.8 中的put 操作代码:

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) // 如果没有hash碰撞则直接插入元素
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            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) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(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 key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

我们看上面的源代码,发现在第六行代码是判断是否会出现hash碰撞,假设此时有两个线程A,B都在利用该put函数进行put操作,并且利用hash函数计算出的插入下标是相同的,当线程A执行完第六行代码后,由于时间片被耗尽而被挂起,而线程B此时得到cpu的时间片后,在该下标处插入了元素,完成了正常的插入,然后线程A获得时间片,由于之前已经进行过了hash碰撞的判断,所以线程A此时并不会再去判断hash碰撞操作了,而是直接在该位置出进行插入,这就导致了线程B插入的数据被线程A覆盖了,从而导致线程不安全了。

除此之前,还有就是代码的第38行处有个++size,我们这样想,还是线程A、B,这两个线程同时进行put操作时,假设当前HashMap的zise大小为10,当线程A执行到第38行代码时,从主内存中获得size的值为10后准备进行+1操作,但是由于时间片耗尽只好让出CPU,线程B快乐的拿到CPU还是从主内存中拿到size的值10进行+1操作,完成了put操作并将size=11写回主内存,然后线程A再次拿到CPU并继续执行(此时size的值仍为10),当执行完put操作后,还是将size=11写回内存,此时,线程A、B都执行了一次put操作,但是size的值只增加了1,所有说还是由于数据覆盖又导致了线程不安全。

总结:

HashMap的线程不安全主要是体现在下面两个方面:

① 在JDK1.7 中,当并发执行扩容操作时会造成环形链数据丢失的情况;

② 在JDK1.8 中,在并发执行put操作的过程中,会出现数据覆盖的情况。

标签:面试题,hash,HashMap,JDK1.7,next,线程,key,null
来源: https://blog.csdn.net/qq_39350172/article/details/115050391