前言
我们都知道HashMap是线程不安全的，只是简单知道它源码中put/get方法都没有加同步锁，多线程操作会无法保证安全，但是除了这一点，它到底为什么线程不安全？?在本章就让我们来深入了解一下HashMap线程不安全的问题。
HashMap是线程不安全的，其主要体现：
- 在jdk1.7中，在多线程环境下，扩容时会造成环形链或数据丢失。
- 在jdk1.8中，在多线程环境下，会发生数据覆盖的情况。
jdk1.7中的HashMap
在多线程环境下HashMap容易出现死循环，死循环发生在HashMap的扩容函数 transfer 中，jdk1.7中HashMap的transfer函数如下：
1 void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
2 int newCapacity = newTable.length;
3 for (Entry<K,V> e : table) {
4 while(null != e) {
5 Entry<K,V> next = e.next;
6 if (rehash) {
7 e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
8 }
9 int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
10 e.next = newTable[i];
11 newTable[i] = e;
12 e = next;
13 }
14 }
15 }先简要介绍一下transfer函数的作用：进行扩容时，将原数组重新hash到新数组中，注意上面 10-12 行代码，可以看到jdk1.7中采用的是 头插法（新来的元素会插入到原本元素的位置），也就是链表顺序会翻转，而这就是形成死循环的关键。
1.1扩容造成死循环的分析过程
- 我们假设hash算法为 key mod 链表的大小
- hash表size为2，key取3，7，5，所以都在table[1]中
- 然后扩容，size变为4
resize之前的数据结构如下：
单线程的环境下，扩容之后的结果如下：
然后在多线程环境下，假设有两个线程A和B都在进行put操作。线程A在执行到transfer函数中第11行代码处挂起（也就是在插入数据之前挂起）。
此时线程A中运行上述程序结果如下：e=3，由 图1 可得 e.next= 7，扩容之后索引 i= 3，
e.next=newTable[3];由于还没有真正进行扩容，所以此时newTable[3]=null;
所以e.next=null;
线程A挂起后，此时线程B正常执行，并完成resize操作，结果如下：
注意：由于线程B已经执行完毕，根据Java内存模型，现在newTable和table中的Entry都是主存中最新值：7.next=3，3.next=null。
此时切换到线程A上，线程A会继续执行 newTable[i] = e；代码执行过程如下：
newTable[3]=e ----> newTable[3]=3
e=next ----> e=7此时结果如下：
继续执行下一轮循环：
e=7
next=e.next ----> next=3【从主存中取值】
e.next=newTable[3] ----> e.next=3【从主存中取值】
newTable[3]=e ----> newTable[3]=7
e=next ----> e=3结果如下：
再次进行循环（总之都是在反复执行上面的代码）：
e=3
next=e.next ----> next=null
e.next=newTable[3] ----> e.next=7 即：3.next=7
newTable[3]=e ----> newTable[3]=3
e=next ----> e=null结果如下：
注意此次循环：由于e=null，所以循环结束。e.next=7，而在上次循环中7.next=3，3和7之间就相互连接了，从图中也能很明显看到出现了环形链表。在以后只要涉及轮询hashmap的数据结构，就会在这里出现死循环。
1.2 扩容造成数据丢失分析过程
依照上述分析过程，初始时：
线程A和线程B进行put操作，同样线程A挂起：
此时线程A的运行结果如下：
e=7，next=5，e.next=null。
此时线程B已获得CPU时间片，并完成resize操作：
同样注意由于线程B执行完成，newTable和table都为最新值：5.next=null。
此时切换到线程A，继续执行newtable[i]=e，代码执行过程如下：
newTable[3]=e ----> newTable[3]=7
e=next ----> e=5此时结果如下:
接着进行下一次循环：
e=5
next=e.next ----> next=null，从主存中取值
e.next=newTable[1] ----> e.next=5，从主存中取值
newTable[1]=e ----> newTable[1]=5
e=next ----> e=null将5放置在table[1]位置，此时e=null循环结束，并形成环形链表。并在后续操作hashmap时造成死循环。
从上图可以发现，元素3在扩容期间丢失了。
jdk1.8中HashMap
在jdk1.8中对HashMap进行了优化，不再采用头插法方式，而是直接插入链表尾部(尾插法)，因此不会出现环形链表的情况，但是在多线程的情况下仍然不安全，这是为什么呢？
这里我们看jdk1.8中HashMap的put操作源码：
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;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) // 如果没有hash碰撞则直接插入元素
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;
}注意第6行代码：如果没有hash碰撞则会直接插入元素。我们假设线程A和线程B同时进行put操作，刚好这两条不同的数据hash值一样，并且该位置数据为null，所以线程A、B都会进入第6行代码中，（由于没有值，自然检测不到哈希碰撞，所以会直接插入）。假设一种情况，线程A进入后还未进行数据插入时挂起，而线程B也判断此处为空，正常执行，从而正常插入数据，然后线程A获取CPU时间片，由于之前已经进行了hash碰撞的判断，所以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。
