談談HashMap線程不安全的體現
HashMap的原理以及如何實現，之前在 JDK7與JDK8中HashMap的實現 中已經說明了。
那么，為什么說HashMap是線程不安全的呢？它在多線程環境下，會發生什么情況呢？
1. resize死循環
我們都知道HashMap初始容量大小為16,一般來說，當有數據要插入時，都會檢查容量有沒有超過設定的thredhold，如果超過，需要增大Hash表的尺寸，但是這樣一來，整個Hash表里的元素都需要被重算一遍。這叫rehash，這個成本相當的大。
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, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
table = newTable;
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
}
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry<K,V> e : table) {
while(null != e) {
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;
}
}
}
大概看下transfer：
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對索引數組中的元素遍歷
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對鏈表上的每一個節點遍歷：用 next 取得要轉移那個元素的下一個，將 e 轉移到新 Hash 表的頭部，使用頭插法插入節點。
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循環2，直到鏈表節點全部轉移
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循環1，直到所有索引數組全部轉移
經過這幾步，我們會發現轉移的時候是逆序的。假如轉移前鏈表順序是1->2->3，那么轉移后就會變成3->2->1。這時候就有點頭緒了，死鎖問題不就是因為1->2的同時2->1造成的嗎？所以，HashMap 的死鎖問題就出在這個 transfer() 函數上。
1.1 單線程 rehash 詳細演示
單線程情況下，rehash 不會出現任何問題：
-
假設hash算法就是最簡單的 key mod table.length（也就是數組的長度）。
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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以后碰撞發生在 table[1]
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接下來的三個步驟是 Hash表 resize 到4，并將所有的 <key,value> 重新rehash到新 Hash 表的過程
如圖所示：
1.2 多線程 rehash 詳細演示
為了思路更清晰，我們只將關鍵代碼展示出來
while(null != e) {
Entry<K,V> next = e.next;
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
- Entry<K,V> next = e.next; ——因為是單鏈表，如果要轉移頭指針，一定要保存下一個結點，不然轉移后鏈表就丟了
- e.next = newTable[i]; ——e 要插入到鏈表的頭部，所以要先用 e.next 指向新的 Hash 表第一個元素（為什么不加到新鏈表最后？因為復雜度是 O（N））
- newTable[i] = e; ——現在新 Hash 表的頭指針仍然指向 e 沒轉移前的第一個元素，所以需要將新 Hash 表的頭指針指向 e
- e = next ——轉移 e 的下一個結點
假設這里有兩個線程同時執行了 put() 操作，并進入了 transfer() 環節
while(null != e) {
Entry<K,V> next = e.next; //線程1執行到這里被調度掛起了
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
那么現在的狀態為：
從上面的圖我們可以看到，因為線程1的 e 指向了 key(3)，而 next 指向了 key(7)，在線程2 rehash 后，就指向了線程2 rehash 后的鏈表。
然后線程1被喚醒了：
- 執行 e.next = newTable[i] ，于是 key(3)的 next 指向了線程1的新 Hash 表，因為新 Hash 表為空，所以 e.next = null ，
- 執行 newTable[i] = e ，所以線程1的新 Hash 表第一個元素指向了線程2新 Hash 表的 key(3)。好了，e 處理完畢。
- 執行 e = next ，將 e 指向 next，所以新的 e 是 key(7)
然后該執行 key(3)的 next 節點 key(7)了:
- 現在的 e 節點是 key(7)，首先執行 Entry<K,V> next = e.next ,那么 next 就是 key(3)了
- 執行 e.next = newTable[i] ，于是key(7) 的 next 就成了 key(3)
- 執行 newTable[i] = e ，那么線程1的新 Hash 表第一個元素變成了 key(7)
- 執行 e = next ，將 e 指向 next，所以新的 e 是 key(3)
這時候的狀態圖為：
然后又該執行 key(7)的 next 節點 key(3)了：
- 現在的 e 節點是 key(3)，首先執行 Entry<K,V> next = e.next ,那么 next 就是 null
- 執行 e.next = newTable[i] ，于是key(3) 的 next 就成了 key(7)
- 執行 newTable[i] = e ，那么線程1的新 Hash 表第一個元素變成了 key(3)
- 執行 e = next ，將 e 指向 next，所以新的 e 是 key(7)
這時候的狀態如圖所示：
很明顯，環形鏈表出現了！！當然，現在還沒有事情，因為下一個節點是 null，所以 transfer() 就完成了，等 put() 的其余過程搞定后，HashMap 的底層實現就是線程1的新 Hash 表了。
2. fail-fast
如果在使用迭代器的過程中有其他線程修改了map，那么將拋出ConcurrentModificationException，這就是所謂fail-fast策略。
這個異常意在提醒開發者及早意識到線程安全問題。
順便再記錄一個HashMap的問題：
為什么String, Interger這樣的wrapper類適合作為鍵？String, Interger這樣的wrapper類作為HashMap的鍵是再適合不過了，而且String最為常用。因為String是不可變的，也是final的，而且已經重寫了equals()和hashCode()方法了。其他的wrapper類也有這個特點。不可變性是必要的，因為為了要計算hashCode()，就要防止鍵值改變，如果鍵值在放入時和獲取時返回不同的hashcode的話，那么就不能從HashMap中找到你想要的對象。不可變性還有其他的優點如線程安全。如果你可以僅僅通過將某個field聲明成final就能保證hashCode是不變的，那么請這么做吧。因為獲取對象的時候要用到equals()和hashCode()方法，那么鍵對象正確的重寫這兩個方法是非常重要的。如果兩個不相等的對象返回不同的hashcode的話，那么碰撞的幾率就會小些，這樣就能提高HashMap的性能。
Reference：
1. http://hwl-sz.iteye.com/blog/1897468?utm_source=tuicool&utm_medium=referral
2. http://github.thinkingbar.com/hashmap-infinite-loop/
3. http://www.importnew.com/7099.html
來自：http://www.importnew.com/22011.html