为什么 HashMap 是线程不安全的？

一、概述

HashMap 是 Java 中最常用的散列表实现，但它 并不是线程安全的。在多线程环境下，如果多个线程同时操作 HashMap（特别是执行 put() 操作），可能会出现如下问题：

• 数据被覆盖（覆盖写）
• 数据丢失（丢键值对）
• 链表形成死循环（JDK 1.7 中 resize）

二、覆盖写是怎么发生的？

背景：

在 put(K key, V value) 时，HashMap 会：

1. 计算键的 hash 值
2. 定位到数组的某个桶（bucket）
3. 遍历该桶链表，看是否存在该 key
4. 如果不存在，就创建新节点插入链表头部

问题发生：

假设两个线程 T1 和 T2 同时调用 put(k1, v1)，都计算出相同的 hash 值（即冲突），定位到同一个桶。

• T1 检查当前桶链表，没有发现 k1，准备插入新节点 A
• T2 也同时判断没有 k1，准备插入新节点 B

最终结果可能是：

• T1 插入 A，接着 T2 插入 B（或反之）
• 导致链表中只有一个 k1 对应的节点，另一个被覆盖

🟡 本质原因：两个线程并发执行 put 操作，没有加锁，导致链表结构不一致，后写的覆盖了先写的。

三、丢键值对是怎么发生的？

场景：

两个线程 T1 和 T2，都向不同桶中写入数据：

• T1 向桶 A 写入 key1
• T2 向桶 B 写入 key2

但由于 HashMap 的底层数组是共享的，并且扩容和插入都依赖非原子操作，因此会发生以下竞态问题：

可能情况：

• T1 将 key1 插入桶 A，但在执行过程中，T2 正在扩容并拷贝旧数据到新数组。
• T1 完成插入后，但写入的是旧数组。
• T2 扩容完成并用新数组替换旧数组，此时旧数组中的 key1 没有被迁移过去。

🟥 最终结果：key1 被丢失，HashMap 中找不到 key1。

四、JDK 1.7 的死循环问题

在 JDK 1.7 中，HashMap 的扩容采用的是链表头插法，当多个线程并发触发 resize()，可能发生链表环形连接，导致死循环：

while (e != null) {
    Entry<K,V> next = e.next;
    int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
    e.next = newTable[i];
    newTable[i] = e;
    e = next;
}

上述代码在无同步控制下可能导致某节点的 next 指向自身或前面节点，形成 环形链表，遍历时永远无法终止，CPU 飙升。

五、总结：为何线程不安全？

六、如何解决？

• ✅ 使用 ConcurrentHashMap（JDK 8 后基于 CAS + synchronized，线程安全）
• ✅ 用 Collections.synchronizedMap() 包装 HashMap
• ❌ 不建议在多线程中直接使用 HashMap

七、面试总结话术

HashMap 是线程不安全的，原因包括：put 操作非原子，可能出现覆盖写或数据丢失；在并发扩容时可能出现链表死循环（JDK 1.7）。这些问题的根本原因是缺乏同步机制。在并发场景下建议使用 ConcurrentHashMap 替代。