Posted on 2010-09-05 17:12
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tech/多線程
在平時開發中，我們經常采用HashMap來作為本地緩存的一種實現方式，將一些如系統變量等數據量比較少的參數保存在HashMap中，并將其作為單例類的一個屬性。在系統運行中，使用到這些緩存數據，都可以直接從該單例中獲取該屬性集合。但是，最近發現，HashMap并不是線程安全的，如果你的單例類沒有做代碼同步或對象鎖的控制，就可能出現異常。
首先看下在多線程的訪問下，非現場安全的HashMap的表現如何，在網上看了一些資料，自己也做了一下測試：
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 //線程一
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 //線程二
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 //主線程休眠1秒鐘，以便t1和t2兩個線程將firstHashMap填裝完畢。
29 Thread.currentThread().sleep(1000);
30
31 for(int l=0;l<50;l++){
32 //如果key和value不同，說明在兩個線程put的過程中出現異常。
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
}
上面的代碼在多次執行后，發現表現很不穩定，有時沒有異常文案打出，有時則有個異常出現：
為什么會出現這種情況，主要看下HashMap的實現：
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 }
我覺得問題主要出現在方法addEntry，繼續看：
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 }
從代碼中，可以看到，如果發現哈希表的大小超過閥值threshold，就會調用resize方法，擴大容量為原來的兩倍，而擴大容量的做法是新建一個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 }
一般我們聲明HashMap時，使用的都是默認的構造方法：HashMap<K,V>，看了代碼你會發現，它還有其它的構造方法：
HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)，其中參數initialCapacity為初始容量，loadFactor為加載因子，而之前我們看到的
threshold = (int)(capacity * loadFactor); 如果在默認情況下，一個HashMap的容量為16，加載因子為0.75，那么閥值就是12，所以在往HashMap中put的值到達12時，它將自動擴容兩倍，如果兩個線程同時遇到HashMap的大小達到12的倍數時，就很有可能會出現在將oldTable轉移到newTable的過程中遇到問題，從而導致最終的HashMap的值存儲異常。
JDK1.0引入了第一個關聯的集合類HashTable，
它是線程安全的。HashTable的所有方法都是同步的。
JDK2.0引入了HashMap，它提供了一個不同步的基類和一個同步的包裝器synchronizedMap。synchronizedMap被稱為有條件的線程安全類。
JDK5.0util.concurrent包中引入對Map線程安全的實現ConcurrentHashMap，比起synchronizedMap，它提供了更高的靈活性。同時進行的讀和寫操作都可以并發地執行。
所以在開始的測試中，如果我們采用ConcurrentHashMap，它的表現就很穩定，所以以后如果使用Map實現本地緩存，為了提高并發時的穩定性，還是建議使用ConcurrentHashMap。
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另外，還有一個我們經常使用的ArrayList也是非線程安全的，網上看到的有一個解釋是這樣：
一個 ArrayList 類，在添加一個元素的時候，它可能會有兩步來完成：1. 在 Items[Size] 的位置存放此元素；2. 增大 Size 的值。
在單線程運行的情況下，如果 Size = 0，添加一個元素后，此元素在位置 0，而且 Size=1；
而如果是在多線程情況下，比如有兩個線程，線程 A 先將元素存放在位置 0。但是此時 CPU 調度線程A暫停，線程 B 得到運行的機會。線程B也將元素放在位置0，（因為size還未增長），完了之后，兩個線程都是size++，結果size變成2，而只有items[0]有元素。
util.concurrent包也提供了一個線程安全的ArrayList替代者CopyOnWriteArrayList。