牛客网Java刷题知识点之为什么HashMap不支持线程的同步，不是线程安全的？如何实现HashMap的同步？

 

 

　　不多说，直接上干货！

 

 

 

　　这篇我是从整体出发去写的。

牛客网Java刷题知识点之Java 集合框架的构成、集合框架中的迭代器Iterator、集合框架中的集合接口Collection（List和Set）、集合框架中的Map集合

 

牛客网Java刷题知识点之Map的两种取值方式keySet和entrySet、HashMap 、Hashtable、TreeMap、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap 、WeakHashMap

 

 

　　首先，HashMap不支持线程的同步。

　　同步，指的是在一个时间点只能有一个线程可以修改hash表，任何线程在执行Hashtable的更新操作前都需要获取对象锁，其他线程则等待锁的释放。

 

 

 

 

为什么HashMap是线程不安全的，实际会如何体现？

　　第一，如果多个线程同时使用put方法添加元素。

　　假设正好存在两个put的key发生了碰撞(hash值一样)，那么根据HashMap的实现，这两个key会添加到数组的同一个位置，这样最终就会发生其中一个线程的put的数据被覆盖。

　　第二，如果多个线程同时检测到元素个数超过数组大小*loadFactor。

　　这样会发生多个线程同时对hash数组进行扩容，都在重新计算元素位置以及复制数据，但是最终只有一个线程扩容后的数组会赋给table，也就是说其他线程的都会丢失，并且各自线程put的数据也丢失。且会引起死循环的错误。

 

 

　　HashMap底层是一个Entry数组，当发生hash冲突的时候，hashmap是采用链表的方式来解决的，在对应的数组位置存放链表的头结点。对链表而言，新加入的节点会从头结点加入。

　　我们来分析一下多线程访问：

 　　1、在hashmap做put操作的时候会调用下面方法：

// 新增Entry。将“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。      
    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {      
        // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中      
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];      
        // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”，      
        // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”      
        table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);      
        // 若HashMap的实际大小 不小于 “阈值”，则调整HashMap的大小      
        if (size++ >= threshold)      
            resize(2 * table.length);      
    }

　　 在hashmap做put操作的时候会调用到以上的方法。现在假如A线程和B线程同时对同一个数组位置调用addEntry，两个线程会同时得到现在的头结点，然后A写入新的头结点之后，B也写入新的头结点，那B的写入操作就会覆盖A的写入操作造成A的写入操作丢失。

 

　　2、删除键值对的代码

<span style="font-size: 18px;">      </span>// 删除“键为key”的元素      
    final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {      
        // 获取哈希值。若key为null，则哈希值为0；否则调用hash()进行计算      
        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());      
        int i = indexFor(hash, table.length);      
        Entry<K,V> prev = table[i];      
        Entry<K,V> e = prev;      
     
        // 删除链表中“键为key”的元素      
        // 本质是“删除单向链表中的节点”      
        while (e != null) {      
            Entry<K,V> next = e.next;      
            Object k;      
            if (e.hash == hash &&      
                ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {      
                modCount++;      
                size--;      
                if (prev == e)      
                    table[i] = next;      
                else     
                    prev.next = next;      
                e.recordRemoval(this);      
                return e;      
            }      
            prev = e;      
            e = next;      
        }      
     
        return e;      
    }

　　当多个线程同时操作同一个数组位置的时候，也都会先取得现在状态下该位置存储的头结点，然后各自去进行计算操作，之后再把结果写会到该数组位置去，其实写回的时候可能其他的线程已经就把这个位置给修改过了，就会覆盖其他线程的修改。

 

 

3、addEntry中当加入新的键值对后键值对总数量超过门限值的时候会调用一个resize操作，代码如下：

// 重新调整HashMap的大小，newCapacity是调整后的容量      
    void resize(int newCapacity) {      
        Entry[] oldTable = table;      
        int oldCapacity = oldTable.length;     
        //如果就容量已经达到了最大值，则不能再扩容，直接返回    
        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {      
            threshold = Integer.MAX_VALUE;      
            return;      
        }      
     
        // 新建一个HashMap，将“旧HashMap”的全部元素添加到“新HashMap”中，      
        // 然后，将“新HashMap”赋值给“旧HashMap”。      
        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];      
        transfer(newTable);      
        table = newTable;      
        threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);      
    }

　　 这个操作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。

 

 

 

 

 

 

 

如何实现HashMap的同步？

　　答：

　　第一种方法：

　　 直接使用Hashtable，但是当一个线程访问HashTable的同步方法时，其他线程如果也要访问同步方法，会被阻塞住。举个例子，当一个线程使用put方法时，另一个线程不但不可以使用put方法，连get方法都不可以，效率很低，现在基本不会选择它了。

 

 

　　第二种方法：   HashMap可以通过下面的语句进行同步，

Collections.synchronizeMap(hashMap);

　　HashMap可以通过Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap())来达到同步的效果。

　　具体而言，该方法返回一个同步的Map，该Map封装了底层的HashMap的所有方法，使得底层的HashMap即使是在多线程的环境中也是安全的。

 

　　第三种方法：

　　直接使用JDK 5 之后的 ConcurrentHashMap，如果使用Java 5或以上的话，请使用ConcurrentHashMap。

　　Collections.synchronizeMap(hashMap);  又是如何保证了HashMap线程安全？

// synchronizedMap方法
public static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m) {
       return new SynchronizedMap<>(m);
   }
// SynchronizedMap类
private static class SynchronizedMap<K,V>
       implements Map<K,V>, Serializable {
       private static final long serialVersionUID = 1978198479659022715L;

       private final Map<K,V> m;     // Backing Map
       final Object      mutex;        // Object on which to synchronize

       SynchronizedMap(Map<K,V> m) {
           this.m = Objects.requireNonNull(m);
           mutex = this;
       }

       SynchronizedMap(Map<K,V> m, Object mutex) {
           this.m = m;
           this.mutex = mutex;
       }

       public int size() {
           synchronized (mutex) {return m.size();}
       }
       public boolean isEmpty() {
           synchronized (mutex) {return m.isEmpty();}
       }
       public boolean containsKey(Object key) {
           synchronized (mutex) {return m.containsKey(key);}
       }
       public boolean containsValue(Object value) {
           synchronized (mutex) {return m.containsValue(value);}
       }
       public V get(Object key) {
           synchronized (mutex) {return m.get(key);}
       }

       public V put(K key, V value) {
           synchronized (mutex) {return m.put(key, value);}
       }
       public V remove(Object key) {
           synchronized (mutex) {return m.remove(key);}
       }
       // 省略其他方法
   }

　　从源码中看出 synchronizedMap()方法返回一个SynchronizedMap类的对象，而在SynchronizedMap类中使用了synchronized来保证对Map的操作是线程安全的，故效率其实也不高。