8. 造成HashMap非執行緒安全的原因
在前面我的一篇總結（6. 執行緒範圍內共享資料）文章中提到，為了資料能線上程範圍內使用，我用了 HashMap 來儲存不同執行緒中的資料，key 為當前執行緒，value 為當前執行緒中的資料。我取的時候根據當前執行緒名從 HashMap 中取即可。
因為當初學習 HashMap 和 HashTable 原始碼的時候，知道 HashTable 是執行緒安全的，因為裡面的方法使用了 synchronized 進行同步，但是 HashMap 沒有，所以 HashMap 是非執行緒安全的。
在上面提到的例子中，我想反正不用修改 HashMap，只需要從中取值即可，所以不會有執行緒安全問題，但是我忽略了一個步驟：我得先把不同執行緒的資料存到 HashMap 中吧，這個存就可能出現問題，雖然我存的時候 key 使用了不同的執行緒名字，理論上來說是不會衝突的，但是這種設計或者思想本來就不夠嚴謹。我後來仔細推敲了下，重新溫習了下 HashMap 的原始碼，再加上網上查的一些資料，在這裡總結一下 HashMap 到底什麼時候可能出現執行緒安全問題。
我們知道 HashMap 底層是一個 Entry 陣列，當發生 hash 衝突的時候，HashMap 是採用連結串列的方式來解決的，在對應的陣列位置存放連結串列的頭結點。對連結串列而言，新加入的節點會從頭結點加入。javadoc 中有一段關於 HashMap 的描述：
此實現不是同步的。如果多個執行緒同時訪問一個雜湊對映，而其中至少一個執行緒從結構上修改了該對映，則它必須保持外部同步。（結構上的修改是指新增或刪除一個或多個對映關係的任何操作；僅改變與例項已經包含的鍵關聯的值不是結構上的修改。）這一般通過對自然封裝該對映的物件進行同步操作來完成。如果不存在這樣的物件，則應該使用 Collections.synchronizedMap 方法來“包裝”該對映。最好在建立時完成這一操作，以防止對對映進行意外的非同步訪問，如下所示：
Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));
可以看出，解決 HashMap 執行緒安全問題的方法很簡單，下面我簡單分析一下可能會出現執行緒問題的一些地方。
1. 向HashMap中插入資料的時候
在 HashMap 做 put 操作的時候會呼叫到以下的方法：
//向HashMap中新增Entry void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { resize(2 * table.length); //擴容2倍 hash = (null != key) ? hash(key) : 0; bucketIndex = indexFor(hash, table.length); } createEntry(hash, key, value, bucketIndex); } //建立一個Entry void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { Entry<K,V> e = table[bucketIndex];//先把table中該位置原來的Entry儲存 //在table中該位置新建一個Entry，將原來的Entry掛到該Entry的next table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e); //所以table中的每個位置永遠只儲存一個最新加進來的Entry，其他Entry是一個掛一個，這樣掛上去的 size++; }
現在假如 A 執行緒和 B 執行緒同時進入 addEntry，然後計算出了相同的雜湊值對應了相同的陣列位置，因為此時該位置還沒資料，然後對同一個陣列位置呼叫 createEntry，兩個執行緒會同時得到現在的頭結點，然後 A 寫入新的頭結點之後，B 也寫入新的頭結點，那 B 的寫入操作就會覆蓋A的寫入操作造成 A 的寫入操作丟失。
2. HashMap擴容的時候
還是上面那個 addEntry 方法中，有個擴容的操作，這個操作會新生成一個新的容量的陣列，然後對原陣列的所有鍵值對重新進行計算和寫入新的陣列，之後指向新生成的陣列。來看一下擴容的原始碼：
//用新的容量來給table擴容
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table; //儲存old table
int oldCapacity = oldTable.length; //儲存old capacity
// 如果舊的容量已經是系統預設最大容量了，那麼將閾值設定成整形的最大值，退出
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
//根據新的容量新建一個table
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
//將table轉換成newTable
transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
table = newTable;
//設定閾值
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
} 那麼問題來了，當多個執行緒同時進來，檢測到總數量超過門限值的時候就會同時呼叫 resize操作，各自生成新的陣列並 rehash 後賦給該 map 底層的陣列 table，結果最終只有最後一個執行緒生成的新陣列被賦給 table 變數，其他執行緒的均會丟失。而且當某些執行緒已經完成賦值而其他執行緒剛開始的時候，就會用已經被賦值的 table 作為原始陣列，這樣也會有問題。所以在擴容操作的時候也有可能會引起一些併發的問題。
3. 刪除HashMap中資料的時候
刪除鍵值對的原始碼如下：
//根據指定的key刪除Entry，返回對應的value
public V remove(Object key) {
Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);
return (e == null ? null : e.value);
}
//根據指定的key，刪除Entry,並返回對應的value
final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
if (size == 0) {
return null;
}
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key);
int i = indexFor(hash, table.length);
Entry<K,V> prev = table[i];
Entry<K,V> e = prev;
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) //如果刪除的是table中的第一項的引用
table[i] = next;//直接將第一項中的next的引用存入table[i]中
else
prev.next = next; //否則將table[i]中當前Entry的前一個Entry中的next置為當前Entry的next
e.recordRemoval(this);
return e;
}
prev = e;
e = next;
}
return e;
}刪除這一塊可能會出現兩種執行緒安全問題，第一種是一個執行緒判斷得到了指定的陣列位置i並進入了迴圈，此時，另一個執行緒也在同樣的位置已經刪掉了i位置的那個資料了，然後第一個執行緒那邊就沒了。但是刪除的話，沒了倒問題不大。
再看另一種情況，當多個執行緒同時操作同一個陣列位置的時候，也都會先取得現在狀態下該位置儲存的頭結點，然後各自去進行計算操作，之後再把結果寫會到該陣列位置去，其實寫回的時候可能其他的執行緒已經就把這個位置給修改過了，就會覆蓋其他執行緒的修改。
其他地方還有很多可能會出現執行緒安全問題，我就不一一列舉了，總之 HashMap 是非執行緒安全的，在高併發的場合使用的話，要用 Collections.synchronizedMap 進行包裝一下，或者直接使用 ConcurrentHashMap 都行。
關於 HashMap 的執行緒非安全性，就總結這麼多，如有問題，歡迎交流，我們一同進步~