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

      java 复制代码
      // 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putresize 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)
java 复制代码
// 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

    java 复制代码
    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
方案 线程安全 性能 适用场景
HashMap 单线程或只读多线程环境
ConcurrentHashMap 中高 高并发读写场景
synchronizedMap 低并发场景,需兼容旧代码

🐮☺️

  • 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。
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