HashMap为什么线程不安全？如何实现线程安全

HashMap

线程不安全的原因主要可以从以下几个方面解释：

1. 数据覆盖

    假设两个线程同时执行

put

操作，并且它们操作的键产生相同的哈希码，导致它们应该被插入到同一个桶中。以下是可能发生的情况：

• 线程A读取桶位置为空，准备插入新的节点。
• 线程B也读取到相同的桶位置为空，并抢先完成了插入操作。
• 线程A继续执行插入操作，它不会意识到线程B已经插入了数据，因此会覆盖线程B插入的数据。

2. 环形链表

    在

HashMap

扩容的过程中，如果多个线程同时执行

resize

操作，可能会导致链表形成环形链接。以下是可能发生的情况：

• 线程A开始扩容操作，在复制元素到新数组的过程中，它暂停了。
• 线程B也执行扩容操作，它完成了扩容。
• 线程A恢复执行，但它基于已经过时的结构进行操作，导致链表形成环形链接。

3. 迭代器故障

    如果在迭代过程中

HashMap

结构被修改（例如，添加或删除元素），迭代器可能会抛出

ConcurrentModificationException

。但如果是在多线程环境中，即使没有使用迭代器，也可能因为其他线程的修改导致迭代出现问题。

举例

    假设有两个线程A和B，它们都想要向

HashMap

中添加元素：

HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();
// 线程A
new Thread(() -> map.put(1, "A")).start();
// 线程B
new Thread(() -> map.put(1, "B")).start();

如果线程A和B同时执行，可能会发生以下情况：

• 线程A读取到位置为空，准备插入。
• 线程B也读取到位置为空，准备插入。
• 线程B完成插入，将键1映射到值"B"。
• 线程A完成插入，覆盖了线程B的插入，将键1映射到值"A"。

如何实现线程安全

    为了使

HashMap

线程安全，可以采用以下几种方法：

使用

Collections.synchronizedMap

Map<Integer, String> syncMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());

    Collections.synchronizedMap

会返回一个所有方法都同步的

Map

，这意味着同一时间只有一个线程可以访问

Map

。

使用

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap<Integer, String> concurrentMap = new ConcurrentHashMap<>();

    ConcurrentHashMap

是专门为并发操作设计的，它通过分段锁（在JDK 8中使用了更高级的并发控制）来提高并发访问的性能，而不是对整个

Map

进行锁定。

使用

Hashtable

Hashtable<Integer, String> hashtable = new Hashtable<>();

    Hashtable

是一个线程安全的

Map

实现，它所有的公共方法都是同步的。但是，与

ConcurrentHashMap

相比，它的并发性能较差，因为它会对整个

Map

进行锁定。

Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

// 在操作map之前加锁
lock.lock();
try {
    map.put(1, "A");
} finally {
    lock.unlock();
}

    通过在操作

HashMap

之前显式地加锁，并确保在操作完成后释放锁，可以保证线程安全。

    选择哪种方法取决于具体的应用场景和对性能的需求。通常情况下，

ConcurrentHashMap

是线程安全

Map

实现的首选，因为它提供了更高的并发性能。