面试题：HashMap 是不是线程安全的？如果让你来实现一个线程安全的 HashMap 你要怎么设计？如果不用加锁你要怎么设计？

1. HashMap 是不是线程安全的？

回答：
HashMap 不是线程安全的。在多线程环境下，多个线程同时操作 HashMap 可能会导致数据不一致或死循环等问题。例如，当一个线程在扩容时，另一个线程同时进行插入操作，可能会导致链表成环，进而引发死循环。

2. 如果让你来实现一个线程安全的 HashMap，你要怎么设计？

回答：
要实现一个线程安全的 HashMap，可以考虑以下几种方式：

方法一：使用 `Collections.synchronizedMap`

Java 提供了 Collections.synchronizedMap 方法，可以将 HashMap 包装成一个线程安全的 Map。这种方式通过在方法级别加锁来保证线程安全。

Map<K, V> synchronizedMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());

缺点： 这种方式的并发性能较差，因为所有操作都需要获取同一把锁，导致并发度低。

方法二：使用 `ConcurrentHashMap`

ConcurrentHashMap 是 Java 提供的线程安全的 HashMap 实现。它通过分段锁（JDK 1.7）或 CAS + synchronized（JDK 1.8）来实现高效的并发操作。

ConcurrentHashMap<K, V> concurrentHashMap = new ConcurrentHashMap<>();

优点： ConcurrentHashMap 在并发环境下性能较好，因为它允许多个线程同时读取，并且写操作只锁定部分数据。

方法三：自定义线程安全的 `HashMap`

如果你需要自己实现一个线程安全的 HashMap，可以考虑以下设计：

加锁机制： 对整个 HashMap 加锁（类似于 Collections.synchronizedMap），但这种方式并发性能较差。
分段锁： 将 HashMap 分成多个段（Segment），每个段独立加锁。这样不同的线程可以同时操作不同的段，提高并发性能。
CAS + volatile： 使用 CAS（Compare-And-Swap）操作和 volatile 变量来实现无锁的线程安全。这种方式实现复杂，但性能较高。

3. 如果不用加锁，你要怎么设计？

回答：
如果不使用加锁机制，可以考虑使用 无锁编程 或 乐观锁 的方式来实现线程安全的 HashMap。具体方法包括：

方法一：使用 CAS 操作

通过 CAS 操作来实现无锁的线程安全。CAS 是一种乐观锁机制，它通过比较并交换的方式来保证原子性。

实现思路：

使用 AtomicReferenceArray 来存储键值对。
在插入、删除、更新操作时，使用 CAS 操作来保证线程安全。

优点： 无锁设计可以大大提高并发性能。
缺点： 实现复杂，且在高并发情况下可能会出现 CAS 失败重试的情况，影响性能。

方法二：使用 `ConcurrentHashMap` 的无锁设计

ConcurrentHashMap 在 JDK 1.8 之后使用了 CAS + synchronized 来实现无锁的线程安全。你可以参考它的设计思路：

分段锁的优化： JDK 1.8 的 ConcurrentHashMap 使用了 Node 数组和 CAS 操作来实现无锁的并发控制。
CAS + synchronized： 在插入或更新时，首先尝试使用 CAS 操作，如果失败则使用 synchronized 锁定单个 Node。

优点： 这种设计在保证线程安全的同时，提供了较高的并发性能。

方法三：使用 `ReadWriteLock`

虽然 ReadWriteLock 本质上还是使用了锁，但它允许多个读线程同时访问，只有在写操作时才加锁，因此可以提高读操作的并发性能。

ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
Map<K, V> map = new HashMap<>();

// 读操作
lock.readLock().lock();
try {
    // 读取数据
} finally {
    lock.readLock().unlock();
}

// 写操作
lock.writeLock().lock();
try {
    // 写入数据
} finally {
    lock.writeLock().unlock();
}

优点： 在读多写少的场景下，性能较好。
缺点： 写操作仍然需要加锁，且实现相对复杂。

总结：

HashMap 不是线程安全的。
实现线程安全的 HashMap 可以使用 Collections.synchronizedMap、ConcurrentHashMap 或自定义分段锁等方式。
如果不使用加锁，可以使用 CAS 操作、无锁编程或 ConcurrentHashMap 的设计思路来实现线程安全。

在实际开发中，推荐使用 ConcurrentHashMap，因为它已经经过充分优化，能够满足大多数并发场景的需求。

THE END