HashMap线程不安全的原因Hashtable在一些方法中加入了synchronized关键字来实现线程安全区别:
线程安全
的,而HashMap不是线程安全的,因为非同步(unsynchronized)的对象比同步的对象性能表现更好,当不需要考虑线程安全问题时,用Hashtable效率更高 一个key值为null
,并且允许 (任意多的)values值为null
而Hashtable不允许key为null,也不允许values为null JDK8源码理解: node节点的数量默认为 16
(= 1 << 4)
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; 复制代码
当hash 值相同的 key 数量小于等于指定值(默认是8),HashMap使用开链法(数组+链表)解决冲突:
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; 复制代码
PS:代码较长可以不看,看后面的总结容易理解
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable { /** * The table, initialized on first use, and resized as * necessary. When allocated, length is always a power of two. * (We also tolerate length zero in some operations to allow * bootstrapping mechanics that are currently not needed.) */ transient Node<K,V>[] table; static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final int hash; final K key; V value; Node<K,V> next; Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) { this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.next = next; } public final K getKey() { return key; } public final V getValue() { return value; } public final String toString() { return key + "=" + value; } public final int hashCode() { return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value); } public final V setValue(V newValue) { V oldValue = value; value = newValue; return oldValue; } public final boolean equals(Object o) { if (o == this) return true; if (o instanceof Map.Entry) { Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o; if (Objects.equals(key, e.getKey()) && Objects.equals(value, e.getValue())) return true; } return false; } } 复制代码
在JDK8中,当hash 值相同的 key 数量大于指定值(默认是8)时使用平衡二叉树来代替链表。 (目的是发生冲突时将get()方法的性能从O(n)提高到O(logn),下面的代码不包含二叉树部分)
HashMap 在并发执行 put 操作时会引起死循环,导致 CPU 利用率接近100%。因为多线程会导致 HashMap 的 Node 链表形成环形数据结构,一旦形成环形数据结构,Node 的 next 节点永远不为空,就会在获取 Node 时产生死循环 ------《Java并发编程的艺术》
上面造成死循环是对于JDK7来说的,具体死循环的原因: 看这里 ,其实也不复杂,就是可能产生一个节点数为2的循环链表。
那在JDK8中,多线程会对HashMap造成什么影响呢?
JDK8源码:
public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true); } /** * Implements Map.put and related methods. * * @param hash hash for key * @param key the key * @param value the value to put * @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value * @param evict if false, the table is in creation mode. * @return previous value, or null if none */ 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; // 下面的(n-1)&hash相当于hash % n,注意这只有在n为2的幂时才可以这样做,位运算效率更高 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; } static final int hash(Object key) { int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); } public final int hashCode() { return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value); } 复制代码
当key不存在时需要增加一个节点: 对应这种情况:
// 下面的(n-1)&hash相当于hash % n,注意这只有在n为2的幂时才可以这样做,位运算效率更高 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null); 复制代码
// Create a regular (non-tree) node Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) { return new Node<>(hash, key, value, next); } 复制代码
Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) { this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.next = next; } 复制代码
之后,在 putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict)
方法的最后几行,会增加size:
if (++size > threshold) resize(); 复制代码
相比于JDK7, JDK8在扩容后不需要再对原来的节点进行rehash,而是把原来一个槽 i
的链表分到两个槽里面去: i
和 i+oldCap
比如对于有16个槽的HashMap,元素1,17,33开始都在槽i=1中,扩容后,1和33继续待在槽i=1,而17去了槽i=1+16(即0001变成00001和10001的问题),在下面的代码中也验证了这一点:
如果(e.hash & oldCap) == 0为真,则不用改变位置,比如上面的1和33 (1 & 16) == 0以及(33 & 16) == 0都为真 而(17 & 16) == 0则为假,它要去槽1+16的位置 复制代码
所以在JDK8中,多线程会对HashMap造成什么影响呢?
还是拿上面的例子,按照下面JDK8源代码的流程(对代码不熟悉的话可以先往下看代码): 假设现在有2个线程在执行resize()方法,假设线程1执行到 next = e.next;
时被中断( next = e.next
已经执行完),这时线程二执行和线程1一样的resize():
(线程2)
线程2执行完后:
此时线程1恢复运行,注意到此时的next是指向17的,而e是指向1的,当执行到while ((e = next) != null);
时,e被赋值为17的引用(即指向17),继续循环,
do {next = e.next...}while(...);
,而这时17的next是null,不是最开始预想的33,然后e = next之后,e为null,跳出循环所以经线程1处理之后结果为:
33被丢掉了,所以在JDK8中可能会造成原来数据节点的丢失
,因此HashMap不能用于多线程(本来设置HashMap的目的就是用于
单线程
)
// 将原来的map拷贝进扩容后的map if (oldTab != null) { for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node<K,V> e; if ((e = oldTab[j]) != null) { oldTab[j] = null; if (e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; 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; // 保持原来的位置 if ((e.hash & oldCap) == 0) { if (loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e; } // 原来的位置+oldCap else { if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e; } } while ((e = next) != null); //保持原来的位置 if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } // 原来的位置+oldCap if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } 复制代码
resize方法部分代码:
...... Node<K,V>[] oldTab = table; int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; ...... if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) newThr = oldThr << 1; // double threshold } threshold = newThr; Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; table = newTab; ...... // 将原来的map拷贝进扩容后的map if (oldTab != null) { for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node<K,V> e; if ((e = oldTab[j]) != null) { oldTab[j] = null; if (e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; 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; // 保持原来的位置 if ((e.hash & oldCap) == 0) { if (loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e; } // 原来的位置+oldCap else { if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e; } } while ((e = next) != null); //保持原来的位置 if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } // 原来的位置+oldCap if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } 复制代码
比如:
public synchronized boolean containsKey(Object key) { Entry<?,?> tab[] = table; int hash = key.hashCode(); int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; for (Entry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) { if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { return true; } } return false; } 复制代码
public synchronized V get(Object key) { Entry<?,?> tab[] = table; int hash = key.hashCode(); int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; for (Entry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) { if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { return (V)e.value; } } return null; } 复制代码
public synchronized V put(K key, V value) { // Make sure the value is not null if (value == null) { throw new NullPointerException(); } // Makes sure the key is not already in the hashtable. Entry<?,?> tab[] = table; int hash = key.hashCode(); int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; @SuppressWarnings("unchecked") Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index]; for(; entry != null ; entry = entry.next) { if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) { V old = entry.value; entry.value = value; return old; } } addEntry(hash, key, value, index); return null; } 复制代码
但是众所周知,加入synchronized后,所有线程会竞争一把锁,导致程序的运行效率降低。
为了兼顾效率和多线程,我们可以使用ConcurrentHashMap
另外synchronizedMap类也可以实现多线程安全,但是效率不如ConcurrentHashMap.
(synchronizedMap也是使用关键字synchronized,但是它不像Hashtable那样,用synchronized括住整个方法,它是在方法体里面使用synchronized锁住代码块) 详细参考: 这里