java并发之hashmap
在Java开发中经常会使用到hashmap，对于hashmap又了解多少，经常听到的一句话是hashmap是线程不安全的，那为什么是线程不安全的，如何才能保证线程安全，JDK又给我们提供了那些线程安全的类，这些问题是今天讨论的问题，
一、hashmap为什么线程不安全
说到hashmap为什么线程不安全，首先要理解线程安全的定义。简单来讲，指的就是两个以上的线程操作同一个hashmap对象，不会发生资源争抢，hashmap中的数据不会错乱。根据以上的说法，我们大体上看下hashmap的源码，分析下其常用方法put、get的源码。
1、hashmap定义（基于JDK1.8）
经常使用hashmap的方式如下，
HashMap map1=new HashMap();
使用最简单粗暴的方式创建一个HashMap的对象，那么在底层是如何创建的，查看源码如下，
/** * Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity * (16) and the default load factor (0.75). */ public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
根据上面的提示，可以直到使用这个构造方法创建的对象，其默认初始容量为16，默认的加载因子为0.75。此构造方法就是给loadFactor赋值，赋的为DEFAULT_LOAD_FACTOR其值为0.75，下面看下其一些属性
/** * The default initial capacity - MUST be a power of two. */ static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16 /** * The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified * by either of the constructors with arguments. * MUST be a power of two <= 1<<30. */ static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; /** * The load factor used when none specified in constructor. */ static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
可以看到默认初始容量为（DEFAULT_INITIAL_CAPACITY）1<<4，即1向左移4为，得出为1*2的4次方，为16。下面看还有最大容量（MAXIMUM_CAPACITY）为1<<30，即1向左移30位，得出为1*2的30次方。下面是默认的负载因子。从上面可以得出HashMap是又最大容量限制的，只不过平时使用的时候很少突破其最大容量（突破了就内存溢出了）。其他的构造函数暂时不看，看其put方法，
public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true); }
调用了putVal方法，
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) 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; }
以上便是put方法的全部，代码逻辑暂不分析，从 代码中看不到任何有关并发方面的限制，比如使用synchronized关键字、使用锁、CAS等，那么在多个线程同时操作HashMap对象的时候势必会引起线程安全的问题。下面是其get方法
public V get(Object key) { Node<K,V> e; return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value; }
调用了getNode方法，
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k; if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { if (first.hash == hash && // always check first node ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return first; if ((e = first.next) != null) { if (first instanceof TreeNode) return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key); do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } while ((e = e.next) != null); } } return null; }
从上面的代码也未看到有关线程并发安全方面的处理。其他方法不一一列举，我们知道HashMap是线程不安全的。
二、如何保证HashMap的线程安全
从上面的分析，我们知道在对HashMap进行添加/取出操作时未进行线程安全的控制，为了使HashMap是线程安全的，我们可以在对HashMap进行操作时枷锁，使用synchronized关键字或者可重入锁，
1、synchronized关键字
为HashMap的操作加synchronized关键字以保证其线程安全，由于synchronized有两种用法，即可以使用代码块及作用于方法上，这里演示作用于方法上，
HashMap map1=new HashMap(); public synchronized void putMap() { map1.put("test", "test"); }
synchronized关键字的用法可以再复习下哦。
2、可重入锁
使用ReentrantLock可重入锁控制hashMap的插入。
HashMap map1=new HashMap(); public void putMapUseLock() { ReentrantLock rl=new ReentrantLock(); try{ rl.lock(); map1.put("test", "test"); }finally { rl.unlock(); } }
以上时两种解决HashMap线程不安全的解决思路，那么JDK是否提供了类似的解决方案那。
三、JDK提供的线程安全的HashMap
由于HashMap使用的范围很广，所以JDK提供了线程安全的HashMap，说两个常用的ConcurrentHashMap和synchronizedMap，这两个都是线程安全的，但其实现原理不尽相同。
1、synchronizedMap
synchronizedMap是Collections类的静态内部类，使用方法如下，
HashMap map1=new HashMap(); Map map=Collections.synchronizedMap(map1);
使用其静态方法synchronizedMap，传入一个Map对象
public static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m) { return new SynchronizedMap<>(m); }
返回的synchronizedMap对象，其构造方法如下，
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; }
第一步判断参数m是否为null，第二步把this赋值给mutex，那么mutex代表什么意思。下面看其一个put操作，
public V put(K key, V value) { synchronized (mutex) {return m.put(key, value);} }
看到上面的方法，想必都很惊讶，使用了synchronized代码块，而mutex相当于共享的对象，调用的还是参数m的put方法，所以这里如果m的指向为不安全的HashMap，那么加上synchronized之后便是安全的。
get方法如下，
public V get(Object key) { synchronized (mutex) {return m.get(key);} }
总结下来，SynchronizedMap是使用Synchronized关键字实现的。
2、ConcurrentHashMap
通过这个类的名字，可以看出其在java.util.concurrent包下，且是为HashMap提供并发操作的类。其使用方式如下，
ConcurrentHashMap map2=new ConcurrentHashMap();
下面看其构造方法，
/** * Creates a new, empty map with the default initial table size (16). */ public ConcurrentHashMap() { }
很简洁，通过注释可得知构造一个空的Map，其容量为16，和HashMap是一样的，但是这里没有负载因子。再看其他的构造方法
看下其put/get方法
public V put(K key, V value) { return putVal(key, value, false); } /** Implementation for put and putIfAbsent */ final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) { if (key == null || value == null) throw new NullPointerException(); int hash = spread(key.hashCode()); int binCount = 0; for (Node<K,V>[] tab = table;;) { Node<K,V> f; int n, i, fh; if (tab == null || (n = tab.length) == 0) tab = initTable(); else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) { if (casTabAt(tab, i, null, new Node<K,V>(hash, key, value, null))) break; // no lock when adding to empty bin } else if ((fh = f.hash) == MOVED) tab = helpTransfer(tab, f); else { V oldVal = null; synchronized (f) { if (tabAt(tab, i) == f) { if (fh >= 0) { binCount = 1; for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) { K ek; if (e.hash == hash && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) { oldVal = e.val; if (!onlyIfAbsent) e.val = value; break; } Node<K,V> pred = e; if ((e = e.next) == null) { pred.next = new Node<K,V>(hash, key, value, null); break; } } } else if (f instanceof TreeBin) { Node<K,V> p; binCount = 2; if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key, value)) != null) { oldVal = p.val; if (!onlyIfAbsent) p.val = value; } } } } if (binCount != 0) { if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD) treeifyBin(tab, i); if (oldVal != null) return oldVal; break; } } } addCount(1L, binCount); return null; }
方法名称和HashMap是一样的，从putVal方法中看到了synchronized关键字，即也是使用synchronized关键字实现，但是肯定比synchronizedMap要高效，具体实现逻辑，暂时不分析。
综述，分析了Java中使用广泛的HashMap的常用用法及线程安全。
有不正之处，欢迎指正！
