HashMap的線程不安全主要體現在下面兩個方面：
1.在JDK1.7中，當併發執行擴容操作時會造成環形鏈和數據丟失的情況。
2.在JDK1.8中，在併發執行put操作時會發生數據覆蓋的情況。
JDK1.7
在JDK1.7中，擴容數據時要進行把原數據遷移到新的位置，使用的方法：
//數據遷移的方法，頭插法添加元素
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
//for循環中的代碼，逐個遍歷鏈表，重新計算索引位置，將老數組數據複製到新數組中去（數組不存儲實際數據，所以僅僅是拷貝引用而已）
for (Entry<K,V> e : table) {
while(null != e) {
Entry<K,V> next = e.next;
if (rehash) {
e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
}
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
//將當前entry的next鏈指向新的索引位置,newTable[i]有可能爲空，有可能也是個entry鏈，如果是entry鏈，直接在鏈表頭部插入。
//以下三行是線程不安全的關鍵
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
}
}
這段代碼是HashMap在JDK1.7的擴容操作，重新定位每個桶的下標，並採用頭插法將元素遷移到新數組中。頭插法會將鏈表的順序翻轉，這也是形成死循環的關鍵點。
將關鍵的幾行代碼提取出：
for (Entry<K,V> e : table) {
while(null != e) {
Entry<K,V> next = e.next;
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
}
假設有兩個線程，每個線程都有一個e指針和next指針，線程1的爲e1和next1，線程2的爲e2，next2。
假設線程1執行到 Entry<K,V> next = e.next 後，線程被掛起，此時e1指向10，next1 指向 6。
接着線程2開始執行，和線程1一樣，先執行 Entry<K,V> next = e.next;將e2執向10，將next2指向6：
然後執行e.next = newTable[i]; 因爲newTable[i]此時爲null，所以e2.next爲null，也就是讓10指向空。
執行newTable[i] = e;將10複製到newTable[i]當中:
執行e = next;執行前e2指向的是10，next2執向的是6，執行後e2指向了6。
執行到此線程2的第一輪循環結束，開始第二輪執行：
for (Entry<K,V> e : table) {
while(null != e) {
Entry<K,V> next = e.next;
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
}
執行Entry<K,V> next = e.next; e就是e2嘍，此時指向的是6,那麼e.next就是null，意思就是讓next2爲null：
然後執行e.next = newTable[i]; 因爲Table[i]此時已經有了值爲10，e2指向6，所以執行後e2.next指向了新表中的10。
執行newTable[i] = e;將6複製到newTable[i]當中,假如6在新表中的位置和10一樣的話，執行這一步的結果就是：
執行e = next;將e2指向null。執行前next2是爲空的，執行後e2也就爲空：
線程2執行完畢。線程1繼續執行，之前是執行到了：Entry<K,V> next = e.next; 此時e1執向的還是10，next1指向的是6,。
for (Entry<K,V> e : table) {
while(null != e) {
Entry<K,V> next = e.next;
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
}
接下來線程1執行e.next = newTable[i]; 線程1的newTable[i]此時爲空：
執行newTable[i] = e; 就是將10這個節點放入到新數組：
執行e = next; 執行前next1指向的是6，e1執行的是10，執行後，e1指向了6：
線程1第一輪循環執行結束，開始執行第二輪循環：
Entry<K,V> next = e.next;
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
執行Entry<K,V> next = e.next; 執行前e1指向的是6，e1.next指向的是10，next1指向的也是6，此時就是讓next1指向10：
繼續執行e.next = newTable[i]; 此時newTable[i]已經是10，e1是6，e.next本來就是指向10，執行前後結果並沒有發生變化。
執行newTable[i] = e; e1指向的是6，把6複製到新的數組當中：
執行e = next;``next1執行前指向的是10，將e1指向10：
第二輪循環執行結束，開始第三輪循環。
執行Entry<K,V> next = e.next;，e1原本指向的10，e1.next就是null，執行後next1指向null：
執行e.next = newTable[i]; newTable[i]本來是6，e1執行的是10，e1.next本來是null，執行結束後就是讓10指向了6：
此時環路形成了，陷入了死循環
JDK1.8
對於JDK1.8當中，添加元素使用尾插法。如果對應角標是單向鏈表，將單向鏈表進行遷移，如果是紅黑樹，將雙向鏈表進行數據遷移。
看一下下面這段JDK1.8中的put操作代碼：
1 public V put(K key, V value) {
2 // 對key的hashCode()做hash
3 return putVal(hash(key), key, value, false, true);
4 }
5
6 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
7 boolean evict) {
8 Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
9 // 步驟①：table爲空則創建，觸發resize方法
10 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
11 n = (tab = resize()).length;
12 // 步驟②：計算index，並對null做處理
13 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
14 tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
15 else {
16 Node<K,V> e; K k;
17 // 步驟③：節點key存在，直接覆蓋value
18 if (p.hash == hash &&
19 ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
20 e = p;
21 // 步驟④：判斷該鏈爲紅黑樹
22 else if (p instanceof TreeNode)
23 e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
24 // 步驟⑤：該鏈爲鏈表
25 else {
26 for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
27 if ((e = p.next) == null) {
//對於計算出的存儲位置下標已經有數據，也就是衝突，轉成鏈表存到下一位
28 p.next = newNode(hash, key,value,null);
//鏈表長度大於8轉換爲紅黑樹進行處理
29 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
30 treeifyBin(tab, hash);
31 break;
32 }
// key已經存在直接覆蓋value
33 if (e.hash == hash &&
34 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
35 break;
36 p = e;
37 }
38 }
39
40 if (e != null) { // existing mapping for key
41 V oldValue = e.value;
42 if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
43 e.value = value;
44 afterNodeAccess(e);
45 return oldValue;
46 }
47 }
48 ++modCount;
49 // 步驟⑥：超過最大容量就擴容，門限原本是初始容量*0.75
50 if (++size > threshold)
51 resize(); //擴原來的2倍
52 afterNodeInsertion(evict);
53 return null;
54 }
其中第13行代碼是判斷是否出現hash碰撞，假設兩個線程A、B都在進行put操作，並且hash函數計算出的插入下標是相同的，當線程A執行完第13行代碼後由於時間片耗盡導致被掛起，而線程B得到時間片後在該下標處插入了元素，完成了正常的插入，然後線程A獲得時間片，由於之前已經進行了hash碰撞的判斷，所有此時不會再進行判斷，而是直接進行插入，這就導致了線程B插入的數據被線程A覆蓋了，從而線程不安全。
除此之前，還有就是代碼的第50行處有個++size，我們這樣想，還是線程A、B，這兩個線程同時進行put操作時，假設當前HashMap的zise大小爲10，當線程A執行到第50行代碼時，從主內存中獲得size的值爲10後準備進行+1操作，但是由於時間片耗盡只好讓出CPU，線程B快樂的拿到CPU還是從主內存中拿到size的值10進行+1操作，完成了put操作並將size=11寫回主內存，然後線程A再次拿到CPU並繼續執行(此時size的值仍爲10)，當執行完put操作後，還是將size=11寫回內存，此時，線程A、B都執行了一次put操作，但是size的值只增加了1，所有說還是由於數據覆蓋又導致了線程不安全。
Jdk1.8當中如何解決HashMap擴容成環問題
擴容源碼：
final Node< K,V >[] resize() {
Node< K,V >[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
//在容量不超過做大容量的時候，擴容擴大爲原來的兩倍
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
...省略部分代碼
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
//遍歷舊數組中的元素，複製到table數組中
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
//在這裏可能會出現數據丟失
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode< K,V >)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
Node< K,V > loHead = null, loTail = null;
Node< K,V > hiHead = null, hiTail = null;
Node< K,V > next;
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
.
在JDK1.8中機智的使用兩組指針解決這個問題，主要代碼如下：
Node< K,V > loHead = null, loTail = null;
Node< K,V > hiHead = null, hiTail = null;
Node< K,V > next;
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
定義了兩組指針，分別是高位指針和低位指針：
Node< K,V > loHead = null, loTail = null;
Node< K,V > hiHead = null, hiTail = null;
這兩組指針將鏈表分成了兩部分，高位指針指向哪些擴容後下標變爲(舊索引+擴容大小)，低位指針指向哪些擴容後下標還保持不變的節點。分成兩條鏈表今次那個遷移，遷移後節點的前後順序保持不變，不會出現環的情況。
另外可以看到我們在擴充HashMap的時候，不需要像JDK1.7的實現那樣重新計算hash，只需要看看原來的hash值新增的那個bit是1還是0就好了，是0的話索引沒變，是1的話索引變成“原索引+oldCap”
擴容的地方是紅黑樹
上面看到的擴容的地方是鏈表，如果是紅黑樹呢?
//這個函數的功能是對紅黑樹進行 rehash 操作
final void split(HashMap<K,V> map, Node<K,V>[] tab, int index, int bit) {
TreeNode<K,V> b = this;
// Relink into lo and hi lists, preserving order
TreeNode<K,V> loHead = null, loTail = null;
TreeNode<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
int lc = 0, hc = 0;
//由於 TreeNode 節點之間存在雙端鏈表的關係，可以利用鏈表關係進行 rehash
for (TreeNode<K,V> e = b, next; e != null; e = next) {
next = (TreeNode<K,V>)e.next;
e.next = null;
if ((e.hash & bit) == 0) {
if ((e.prev = loTail) == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
++lc;
}
else {
if ((e.prev = hiTail) == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
++hc;
}
}
//rehash 操作之後注意對根據鏈表長度進行 untreeify 或 treeify 操作
if (loHead != null) {
if (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)
tab[index] = loHead.untreeify(map);
else {
tab[index] = loHead;
if (hiHead != null) // (else is already treeified)
loHead.treeify(tab);
}
}
if (hiHead != null) {
if (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)
tab[index + bit] = hiHead.untreeify(map);
else {
tab[index + bit] = hiHead;
if (loHead != null)
hiHead.treeify(tab);
}
}//end if
}//end split
可以看到由TreeNode 節點之間存在雙端鏈表的關係，可以利用鏈表關係進行處理紅黑樹，也就是說紅黑樹裏還存着next的信息，只不過平時不用，到擴容的時候就用上了，作爲鏈表來處理，分爲高位鏈表和低位鏈表。