为什么常规HashMap不是线程安全的?

一直以来只是知道HashMap是线程不安全的,但是到底HashMap为什么线程不安全,多线程并发的时候在什么情况下可能出现问题?

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。

javadoc中关于hashmap的一段描述如下:

此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个哈希映射,而其中至少一个线程从结构上修改了该映射,则它必须 保持外部同步。(结构上的修改是指添加或删除一个或多个映射关系的任何操作;仅改变与实例已经包含的键关联的值不是结构上的修改。)这一般通过对自然封装该映射的对象进行同步操作来完成。如果不存在这样的对象,则应该使用 Collections.synchronizedMap 方法来“包装”该映射。最好在创建时完成这一操作,以防止对映射进行意外的非同步访问,如下所示:

   Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));


1、

[java]  view plain  copy
  1. void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  
  2.     Entry<K,V> e = table[bucketIndex];  
  3.         table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);  
  4.         if (size++ >= threshold)  
  5.             resize(2 * table.length);  
  6.     }  

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、

[java]  view plain  copy
  1. final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {  
  2.         int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());  
  3.         int i = indexFor(hash, table.length);  
  4.         Entry<K,V> prev = table[i];  
  5.         Entry<K,V> e = prev;  
  6.   
  7.         while (e != null) {  
  8.             Entry<K,V> next = e.next;  
  9.             Object k;  
  10.             if (e.hash == hash &&  
  11.                 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {  
  12.                 modCount++;  
  13.                 size--;  
  14.                 if (prev == e)  
  15.                     table[i] = next;  
  16.                 else  
  17.                     prev.next = next;  
  18.                 e.recordRemoval(this);  
  19.                 return e;  
  20.             }  
  21.             prev = e;  
  22.             e = next;  
  23.         }  
  24.   
  25.         return e;  
  26.     }  

删除键值对的代码如上:

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:

[java]  view plain  copy
  1. void resize(int newCapacity) {  
  2.         Entry[] oldTable = table;  
  3.         int oldCapacity = oldTable.length;  
  4.         if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {  
  5.             threshold = Integer.MAX_VALUE;  
  6.             return;  
  7.         }  
  8.   
  9.         Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];  
  10.         transfer(newTable);  
  11.         table = newTable;  
  12.         threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);  
  13.     }  

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。

<think>好的,我现在需要回答用户关于Java中线程安全Map的实现和使用方法,特别是关于ConcurrentHashMap的问题。用户提到了三个引用,我需要结合这些引用中的信息来构建一个准确的回答。 首先,用户提供的引用[1]提到使用ConcurrentHashMap来创建一个线程安全HashMap,示例代码中初始化了一个ConcurrentHashMap实例。引用[2]指出Hashtable和ConcurrentHashMap线程安全的,而HashMap不是。引用[3]详细说明了HashMap为什么线程安全,包括数据丢失、覆盖和死循环等问题,并推荐使用ConcurrentHashMap或Collections.synchronizedMap。 我需要先确定Java中线程安全Map的几种实现方式。根据引用[2],Hashtable和ConcurrentHashMap线程安全的,而另一个方法是使用Collections.synchronizedMap来包装普通的HashMap。ConcurrentHashMap在并发性能上更优,因为采用了分段锁或CAS机制,而Hashtable使用的是全局锁,效率较低。所以,用户的问题可能更关注ConcurrentHashMap的用法和优势。 接下来,需要详细说明ConcurrentHashMap的使用方法。比如如何初始化、常用方法如put、get、computeIfAbsent等。同时,可能需要对比其他线程安全选项,如Hashtable和Collections.synchronizedMap,解释为什么ConcurrentHashMap是更好的选择,尤其是在高并发场景下的性能优势。 还要注意用户可能存在的误区,比如认为synchronizedMap和Hashtable已经足够,但实际上在高并发情况下它们的性能如ConcurrentHashMap。此外,需要强调ConcurrentHashMap的原子操作和线程安全保证,比如putIfAbsent等方法。 另外,引用[3]中提到的问题,如死循环,在JDK1.8之后可能有所改善,但HashMap本身设计就不是线程安全的,所以必须使用替代方案。可能需要提及同Java版本中的实现差异,但用户可能更关心当前的最佳实践。 用户的问题还提到了“用法”,所以需要给出代码示例,比如如何创建ConcurrentHashMap实例,如何进行基本操作,并说明其线程安全性。例如,引用[1]中的构造函数示例,可以引用到回答中。 最后,生成相关问题,可能涉及ConcurrentHashMap的原理、性能比较、适用场景等,帮助用户进一步了解。 现在需要确保回答结构清晰,分点说明同的线程安全Map实现,比较它们的优缺点,给出使用建议,并附上代码示例。同时,引用正确的来源,比如引用[1]、[2]、[3]中的内容,在适当的位置添加引用标识。 需要注意用户提到的行内公式使用$...$,但在这个问题中可能涉及数学公式,所以可以忽略。但如果有变量或方法名需要强调,可能需要使用代码块或斜体。过根据用户的问题,可能主要是代码和概念的解释,所以按照常规技术回答的格式处理即可。 总结步骤: 1. 介绍线程安全Map的必要性。 2. 列举Java中的线程安全Map实现:ConcurrentHashMap、Hashtable、Collections.synchronizedMap。 3. 分别说明每种实现的原理和优缺点。 4. 重点讲解ConcurrentHashMap的用法和代码示例。 5. 对比推荐ConcurrentHashMap的原因。 6. 生成相关问题。 需要确保引用正确,例如当提到ConcurrentHashMap的初始化时引用[1],当对比线程安全选项时引用[2]和[3]。</think>### Java线程安全Map的实现及用法 #### 1. 线程安全Map的实现方式 Java中线程安全的Map实现主要有以下三种: - **ConcurrentHashMap** 基于分段锁(JDK1.7)或CAS+synchronized(JDK1.8+)实现,支持高并发操作,性能优于其他线程安全Map[^2][^3]。 - **Hashtable** 使用全局锁(synchronized方法)保证线程安全,但并发效率低,已逐渐被ConcurrentHashMap取代。 - **Collections.synchronizedMap** 通过包装普通HashMap并对其所有方法添加synchronized关键字实现,适用于低并发场景[^3]。 #### 2. ConcurrentHashMap的用法 **初始化与基本操作** ```java import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; // 初始化 ConcurrentHashMap<String, Integer> concurrentMap = new ConcurrentHashMap<>(); // 插入键值对 concurrentMap.put("key1", 10); // 获取值 int value = concurrentMap.get("key1"); // 原子操作:仅在键存在时插入 concurrentMap.putIfAbsent("key2", 20); // 线程安全的计算操作 concurrentMap.compute("key1", (k, v) -> v + 5); // 结果: key1=15 ``` **特性** - **分段锁机制**:JDK1.7中通过分段锁减少锁竞争;JDK1.8后改为对单个桶(Node)加锁,进一步优化并发性能[^3]。 - **原子性方法**:提供`putIfAbsent`、`compute`、`merge`等方法,支持复合操作的线程安全。 - **弱一致性迭代器**:遍历时可能反映Map的最新修改,但避免ConcurrentModificationException[^1]。 #### 3. 与其他实现的对比 | 实现方式 | 锁机制 | 性能 | 适用场景 | |-------------------------|-----------------------|------------|------------------------| | ConcurrentHashMap | 分段锁/CAS+synchronized | 高 | 高并发读写 | | Hashtable | 全局锁 | 低 | 遗留系统兼容 | | Collections.synchronizedMap | 方法级锁 | 中 | 低并发或简单操作 | #### 4. 推荐使用场景 - **ConcurrentHashMap**:适用于多线程环境下的高频读写操作,如缓存、实时数据处理[^3]。 - **Hashtable或synchronizedMap**:仅在低并发或需要兼容旧代码时使用。 ---
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