图解HashMap为什么线程不安全？愿万事胜意-

HashMap的线程不安全主要体现在下面两个方面：
1.在JDK1.7中，当并发执行扩容操作时会造成环形链和数据丢失的情况。
2.在JDK1.8中，在并发执行put操作时会发生数据覆盖的情况。

JDK1.7

在JDK1.7中，扩容数据时要进行把原数据迁移到新的位置，使用的方法：

//数据迁移的方法，头插法添加元素 void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) { int newCapacity = newTable.length; 　　　　　//for循环中的代码，逐个遍历链表，重新计算索引位置，将老数组数据复制到新数组中去（数组不存储实际数据，所以仅仅是拷贝引用而已） for (Entry<K,V> e : table) { while(null != e) {                 Entry<K,V> next = e.next; if (rehash) {                     e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key); } int i = indexFor(e.hash, newCapacity); //将当前entry的next链指向新的索引位置,newTable[i]有可能为空，有可能也是个entry链，如果是entry链，直接在链表头部插入。 //以下三行是线程不安全的关键                 e.next = newTable[i];                 newTable[i] = e;                 e = next; } } } 

这段代码是HashMap在JDK1.7的扩容操作，重新定位每个桶的下标，并采用头插法将元素迁移到新数组中。头插法会将链表的顺序翻转，这也是形成死循环的关键点。

将关键的几行代码提取出：

for (Entry<K,V> e : table) { while(null != e) {     Entry<K,V> next = e.next;     e.next = newTable[i];     newTable[i] = e;     e = next; } } 

假设有两个线程，每个线程都有一个e指针和next指针，线程1的为e1和next1，线程2的为e2，next2。

假设线程1执行到 Entry<K,V> next = e.next 后，线程被挂起，此时e1指向10，next1 指向 6。

接着线程2开始执行，和线程1一样，先执行 Entry<K,V> next = e.next;将e2执向10，将next2指向6：

然后执行e.next = newTable[i]; 因为Table[i]此时为null，所以e2.next为null，也就是让10指向空。
执行newTable[i] = e;将10复制到Table[i]当中:

执行e = next;执行前e2指向的是10，next2执向的是6，执行后e2指向了6。

执行到此线程2的第一轮循环结束，开始第二轮执行：

for (Entry<K,V> e : table) { while(null != e) {     Entry<K,V> next = e.next;     e.next = newTable[i];     newTable[i] = e;     e = next; } } 

执行Entry<K,V> next = e.next; e就是e2喽，此时指向的是6,那么e.next就是null，意思就是让next2为null：

然后执行e.next = newTable[i]; 因为Table[i]此时已经有了值为10，e2指向6，所以执行后e2.next指向了新表中的10。

执行newTable[i] = e;将6复制到Table[i]当中,假如6在新表中的位置和10一样的话，执行这一步的结果就是：

执行e = next;将e2指向null。执行前next2是为空的，执行后e2也就为空：

线程2执行完毕。线程1继续执行，之前是执行到了：Entry<K,V> next = e.next; 此时e1执向的还是10，next1指向的是6,。

for (Entry<K,V> e : table) { while(null != e) {     Entry<K,V> next = e.next;     e.next = newTable[i];     newTable[i] = e;     e = next; } } 

接下来线程1执行e.next = newTable[i]; 线程1的newTable[i]此时为空：

执行newTable[i] = e; 就是将10这个节点放入到新数组：

执行e = next; e1next此时执行的是6，e1执行的是10，执行后，e1指向了6：

线程1第一轮循环执行结束，开始执行第二轮循环：

    Entry<K,V> next = e.next;     e.next = newTable[i];     newTable[i] = e;     e = next; 

执行Entry<K,V> next = e.next; 执行前e1指向的是6，e1.next指向的是10，next1指向的也是6，此时就是让next1指向10：

继续执行e.next = newTable[i]; 此时newTable[i];已经是10，e1是6，e.next本来就是指向10，执行前后结果并没有发生变化。

执行newTable[i] = e; e1指向的是6，把6复制到新的数组当中：

执行e = next;next1执行前指向的是10，将e1指向10：

第二轮循环执行结束，开始第三轮循环。
执行Entry<K,V> next = e.next;，e1原本指向的10，e1.next就是null，执行后next1指向null：

执行e.next = newTable[i]; newTable[i]本来是6，e1执行的是10，e1.next本来是null，执行结束后就是让10指向了6：

此时环路形成了，陷入了死循环

JDK1.8

对于JDK1.8当中，添加元素使用尾插法。如果对应角标是单向链表，将单向链表进行迁移，如果是红黑树，将双向链表进行数据迁移。
看一下下面这段JDK1.8中的put操作代码：

 1 public V put(K key, V value) { 2 // 对key的hashCode()做hash 3 return putVal(hash(key), key, value, false, true); 4 } 5 6 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, 7 boolean evict) { 8     Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; 9 // 步骤①：table为空则创建，触发resize方法 10 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) 11         n = (tab = resize()).length; 12 // 步骤②：计算index，并对null做处理  13 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) 14         tab[i] = newNode(hash, key, value, null); 15 else { 16         Node<K,V> e; K k; 17 // 步骤③：节点key存在，直接覆盖value 18 if (p.hash == hash && 19 ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) 20             e = p; 21 // 步骤④：判断该链为红黑树 22 else if (p instanceof TreeNode) 23             e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); 24 // 步骤⑤：该链为链表 25 else { 26 for (int binCount = 0; ; ++binCount) { 27 if ((e = p.next) == null) { //对于计算出的存储位置下标已经有数据，也就是冲突，转成链表存到下一位 28                     p.next = newNode(hash, key,value,null); //链表长度大于8转换为红黑树进行处理 29 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st   30 treeifyBin(tab, hash); 31 break; 32 } // key已经存在直接覆盖value 33 if (e.hash == hash && 34 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) 35 break; 36                 p = e; 37 } 38 } 39 40 if (e != null) { // existing mapping for key 41             V oldValue = e.value; 42 if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) 43                 e.value = value; 44 afterNodeAccess(e); 45 return oldValue; 46 } 47 } 48 ++modCount; 49 // 步骤⑥：超过最大容量就扩容，门限原本是初始容量*0.75 50 if (++size > threshold) 51 resize(); //扩原来的2倍 52 afterNodeInsertion(evict); 53 return null; 54 } 

其中第13行代码是判断是否出现hash碰撞，假设两个线程A、B都在进行put操作，并且hash函数计算出的插入下标是相同的，当线程A执行完第13行代码后由于时间片耗尽导致被挂起，而线程B得到时间片后在该下标处插入了元素，完成了正常的插入，然后线程A获得时间片，由于之前已经进行了hash碰撞的判断，所有此时不会再进行判断，而是直接进行插入，这就导致了线程B插入的数据被线程A覆盖了，从而线程不安全。
除此之前，还有就是代码的第50行处有个++size，我们这样想，还是线程A、B，这两个线程同时进行put操作时，假设当前HashMap的zise大小为10，当线程A执行到第50行代码时，从主内存中获得size的值为10后准备进行+1操作，但是由于时间片耗尽只好让出CPU，线程B快乐的拿到CPU还是从主内存中拿到size的值10进行+1操作，完成了put操作并将size=11写回主内存，然后线程A再次拿到CPU并继续执行(此时size的值仍为10)，当执行完put操作后，还是将size=11写回内存，此时，线程A、B都执行了一次put操作，但是size的值只增加了1，所有说还是由于数据覆盖又导致了线程不安全。

Jdk1.8当中如何解决HashMap扩容成环问题

扩容源码：

 final Node< K,V >[] resize() {             Node< K,V >[] oldTab = table; int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; if (oldCap > 0) { if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {                     threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } //在容量不超过做大容量的时候，扩容扩大为原来的两倍 else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&                          oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)                     newThr = oldThr << 1; // double threshold } ...省略部分代码             @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})                 Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];             table = newTab; //遍历旧数组中的元素，复制到table数组中 if (oldTab != null) { for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {                     Node<K,V> e; //在这里可能会出现数据丢失 if ((e = oldTab[j]) != null) {                         oldTab[j] = null; if (e.next == null)                             newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; else if (e instanceof TreeNode) ((TreeNode< K,V >)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // preserve order                             Node< K,V > loHead = null, loTail = null;                             Node< K,V > hiHead = null, hiTail = null;                             Node< K,V > next; do {                                 next = e.next; if ((e.hash & oldCap) == 0) { if (loTail == null)                                         loHead = e; else                                         loTail.next = e;                                     loTail = e; } else { if (hiTail == null)                                         hiHead = e; else                                         hiTail.next = e;                                     hiTail = e; } } while ((e = next) != null); if (loTail != null) {                                 loTail.next = null;                                 newTab[j] = loHead; } if (hiTail != null) {                                 hiTail.next = null;                                 newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab; } . 

在JDK1.8中机智的使用两组指针解决这个问题，主要代码如下：

 Node< K,V > loHead = null, loTail = null;  Node< K,V > hiHead = null, hiTail = null;  Node< K,V > next; do {      next = e.next; if ((e.hash & oldCap) == 0) { if (loTail == null)              loHead = e; else              loTail.next = e;          loTail = e; } else { if (hiTail == null)              hiHead = e; else              hiTail.next = e;          hiTail = e; } } while ((e = next) != null); if (loTail != null) {      loTail.next = null;      newTab[j] = loHead; } if (hiTail != null) {      hiTail.next = null;      newTab[j + oldCap] = hiHead; } 

定义了两组指针，分别是高位指针和低位指针：

 Node< K,V > loHead = null, loTail = null;  Node< K,V > hiHead = null, hiTail = null; 

这两组指针将链表分成了两部分，高位指针指向哪些扩容后下标变为(旧索引+扩容大小)，低位指针指向哪些扩容后下标还保持不变的节点。分成两条链表今次那个迁移，迁移后节点的前后顺序保持不变，不会出现环的情况。

另外可以看到我们在扩充HashMap的时候，不需要像JDK1.7的实现那样重新计算hash，只需要看看原来的hash值新增的那个bit是1还是0就好了，是0的话索引没变，是1的话索引变成“原索引+oldCap”