Java高频面试之集合-18

hello啊，各位观众姥爷们！！！本baby今天来报道了！哈哈哈哈哈嗝🐶

面试官：HashMap 是线程安全的吗？多线程下会有什么问题？

HashMap 的线程安全性分析

HashMap 不是线程安全的，在多线程环境下使用可能导致数据不一致、死循环等问题。以下是详细分析：

一、多线程下的主要问题

1. 数据覆盖（Lost Updates）

   • 场景：两个线程同时执行 put 操作，且键的哈希值相同。
   • 原因：线程 A 和 B 同时检测到桶为空，均尝试插入新节点，导致后插入的值覆盖前一个。
   • 示例：

     // 线程A和B同时执行
     map.put(key1, value1); // 若两个线程的 key1 哈希到同一桶且桶为空
     map.put(key1, value2); // 最终可能只有 value2 被保留
     

2. 链表成环（Infinite Loop）

   • JDK 1.7 问题：扩容时采用头插法，多线程并发扩容可能导致链表形成环形结构，后续 get 操作触发死循环。
   • JDK 1.8 改进：改用尾插法，但并发扩容仍可能导致数据丢失或链表断裂。

3. Size 计算错误

   • 原因：size 字段的自增操作（size++）非原子性，多线程并发修改可能导致最终值小于实际插入数。

4. 哈希表状态不一致

   • 场景：线程 A 在扩容过程中，线程 B 并发插入数据，导致部分数据未被正确迁移到新数组。

二、问题根源

• 非原子操作：put、resize 等操作涉及多个步骤（如哈希计算、链表遍历、节点插入），未加锁导致中间状态暴露。
• 可见性问题：线程本地缓存与主内存不同步，导致读取到过期数据。

三、验证示例（JDK 1.7 链表成环）

// 线程A和B并发执行以下代码
public void unsafePut() {
    Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>(2);
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        new Thread(() -> map.put(ThreadLocalRandom.current().nextInt(), 1)).start();
    }
}

• 结果：可能出现 CPU 占用 100%（死循环）或数据丢失。

四、解决方案

1. 使用线程安全容器

   • ConcurrentHashMap：分段锁（JDK 1.7）或 CAS + synchronized（JDK 1.8+），保证高并发下的安全性和性能。
   • Collections.synchronizedMap：通过同步方法包装 HashMap，但性能较低。

2. 显式同步控制

   Map<String, String> syncMap = new HashMap<>();
   // 每次操作时加锁
   synchronized (syncMap) {
       syncMap.put(key, value);
   }
   

3. 避免共享状态

   • 线程局部存储（ThreadLocal）：每个线程使用独立的 HashMap 实例。

五、性能对比

🐮☺️

• HashMap 非线程安全：多线程下可能导致数据覆盖、死循环、size 错误等问题。
• 替代方案：优先选择 ConcurrentHashMap，或在必要时使用显式同步。
• 设计建议：在并发编程中，始终使用线程安全的数据结构以避免潜在风险。