Posted on 2010-09-05 17:12
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tech/多线程
在平时开发中，我们经常采用HashMap来作为本地缓存的一种实现方式，将一些如系统变量等数据量比较少的参数保存在HashMap中，并将其作为单例类的一个属性。在系统运行中，使用到这些缓存数据，都可以直接从该单例中获取该属性集合。但是，最近发现，HashMap并不是线程安全的，如果你的单例类没有做代码同步或对象锁的控制，就可能出现异常。
首先看下在多线程的访问下，非现场安全的HashMap的表现如何，在网上看了一些资料，自己也做了一下测试：
1
public class MainClass 
{
2
3 public static final HashMap<String, String> firstHashMap=new HashMap<String, String>();
4
5
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
6
7 //线程一
8 Thread t1=new Thread(){
9 public void run() {
10 for(int i=0;i<25;i++){
11 firstHashMap.put(String.valueOf(i), String.valueOf(i));
12
}
13 }
14 };
15
16 //线程二
17 Thread t2=new Thread(){
18 public void run() {
19 for(int j=25;j<50;j++){
20 firstHashMap.put(String.valueOf(j), String.valueOf(j));
21 }
22 }
23 };
24
25 t1.start();
26 t2.start();
27
28 //主线程休眠1秒钟，以便t1和t2两个线程将firstHashMap填装完毕。
29 Thread.currentThread().sleep(1000);
30
31 for(int l=0;l<50;l++){
32 //如果key和value不同，说明在两个线程put的过程中出现异常。
33 if(!String.valueOf(l).equals(firstHashMap.get(String.valueOf(l)))){
34 System.err.println(String.valueOf(l)+":"+firstHashMap.get(String.valueOf(l)));
35 }
36 }
37
38 }
39
40
}
上面的代码在多次执行后，发现表现很不稳定，有时没有异常文案打出，有时则有个异常出现：
为什么会出现这种情况，主要看下HashMap的实现：
1public V put(K key, V value) {
2 if (key == null)
3 return putForNullKey(value);
4 int hash = hash(key.hashCode());
5 int i = indexFor(hash, table.length);
6 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
7 Object k;
8 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
9 V oldValue = e.value;
10 e.value = value;
11 e.recordAccess(this);
12 return oldValue;
13 }
14 }
15
16 modCount++;
17 addEntry(hash, key, value, i);
18 return null;
19 }
我觉得问题主要出现在方法addEntry，继续看：
1void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
2 Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
3 table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
4 if (size++ >= threshold)
5 resize(2 * table.length);
6 }
从代码中，可以看到，如果发现哈希表的大小超过阀值threshold，就会调用resize方法，扩大容量为原来的两倍，而扩大容量的做法是新建一个Entry[]：
1void resize(int newCapacity) {
2 Entry[] oldTable = table;
3 int oldCapacity = oldTable.length;
4 if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
5 threshold = Integer.MAX_VALUE;
6 return;
7 }
8
9 Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
10 transfer(newTable);
11 table = newTable;
12 threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
13 }
一般我们声明HashMap时，使用的都是默认的构造方法：HashMap<K,V>，看了代码你会发现，它还有其它的构造方法：
HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)，其中参数initialCapacity为初始容量，loadFactor为加载因子，而之前我们看到的
threshold = (int)(capacity * loadFactor); 如果在默认情况下，一个HashMap的容量为16，加载因子为0.75，那么阀值就是12，所以在往HashMap中put的值到达12时，它将自动扩容两倍，如果两个线程同时遇到HashMap的大小达到12的倍数时，就很有可能会出现在将oldTable转移到newTable的过程中遇到问题，从而导致最终的HashMap的值存储异常。
JDK1.0引入了第一个关联的集合类HashTable，
它是线程安全的。HashTable的所有方法都是同步的。
JDK2.0引入了HashMap，它提供了一个不同步的基类和一个同步的包装器synchronizedMap。synchronizedMap被称为有条件的线程安全类。
JDK5.0util.concurrent包中引入对Map线程安全的实现ConcurrentHashMap，比起synchronizedMap，它提供了更高的灵活性。同时进行的读和写操作都可以并发地执行。
所以在开始的测试中，如果我们采用ConcurrentHashMap，它的表现就很稳定，所以以后如果使用Map实现本地缓存，为了提高并发时的稳定性，还是建议使用ConcurrentHashMap。
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另外，还有一个我们经常使用的ArrayList也是非线程安全的，网上看到的有一个解释是这样：
一个 ArrayList 类，在添加一个元素的时候，它可能会有两步来完成：1. 在 Items[Size] 的位置存放此元素；2. 增大 Size 的值。
在单线程运行的情况下，如果 Size = 0，添加一个元素后，此元素在位置 0，而且 Size=1；
而如果是在多线程情况下，比如有两个线程，线程 A 先将元素存放在位置 0。但是此时 CPU 调度线程A暂停，线程 B 得到运行的机会。线程B也将元素放在位置0，（因为size还未增长），完了之后，两个线程都是size++，结果size变成2，而只有items[0]有元素。
util.concurrent包也提供了一个线程安全的ArrayList替代者CopyOnWriteArrayList。