多線程環(huán)境下，HashMap為什么會(huì)出現(xiàn)死循環(huán)？

來源：blog.csdn.net/dingjianmin/

article/details/79780350

Java的HashMap是非線程安全的。多線程下應(yīng)該用ConcurrentHashMap。

多線程下[HashMap]的問題（這里主要說死循環(huán)問題）：

• 多線程put操作后，get操作導(dǎo)致死循環(huán)。
• 多線程put非NULL元素后，get操作得到NULL值。
• 多線程put操作，導(dǎo)致元素丟失。

1、為何出現(xiàn)死循環(huán)？（在多線程下使用非線程安全的HashMap，單線程根本不會(huì)出現(xiàn)）

• HashMap是采用鏈表解決Hash沖突，因?yàn)槭擎湵斫Y(jié)構(gòu)，那么就很容易形成閉合的鏈路，這樣在循環(huán)的時(shí)候只要有線程對(duì)這個(gè)HashMap進(jìn)行g(shù)et操作就會(huì)產(chǎn)生死循環(huán)。
• 在單線程情況下，只有一個(gè)線程對(duì)HashMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作，是不可能產(chǎn)生閉合的回路的。
• 那就只有在多線程并發(fā)的情況下才會(huì)出現(xiàn)這種情況，那就是在put操作的時(shí)候，如果size>initialCapacity*loadFactor，那么這時(shí)候HashMap就會(huì)進(jìn)行rehash操作，隨之HashMap的結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生翻天覆地的變化。很有可能就是在兩個(gè)線程在這個(gè)時(shí)候同時(shí)觸發(fā)了rehash操作，產(chǎn)生了閉合的回路。

2、如何產(chǎn)生的：

存儲(chǔ)數(shù)據(jù)put()：

 public V put(K key, V value)
 {
  ......
  //算Hash值
  int hash = hash(key.hashCode());
  int i = indexFor(hash, table.length);
  //如果該key已被插入，則替換掉舊的value （鏈接操作）
  for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
   Object k;
   if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
    V oldValue = e.value;
    e.value = value;
    e.recordAccess(this);
    return oldValue;
   }
  }
  modCount++;
  //該key不存在，需要增加一個(gè)結(jié)點(diǎn)
  addEntry(hash, key, value, i);
  return null;
 }

當(dāng)我們往HashMap中put元素的時(shí)候，先根據(jù)key的hash值得到這個(gè)元素在數(shù)組中的位置（即下標(biāo)），然后就可以把這個(gè)元素放到對(duì)應(yīng)的位置中了。

如果這個(gè)元素所在的位置上已經(jīng)存放有其他元素了，那么在同一個(gè)位子上的元素將以鏈表的形式存放，新加入的元素放在鏈頭，而先前加入的放在鏈尾。

檢查容量是否超標(biāo)addEntry：

 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)
 {
  Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
  table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
  //查看當(dāng)前的size是否超過了我們設(shè)定的閾值threshold，如果超過，需要resize
  if (size++ >= threshold)
   resize(2 * table.length);
 }

如果現(xiàn)在size已經(jīng)超過了threshold，那么就要進(jìn)行resize操作,新建一個(gè)更大尺寸的hash表，然后把數(shù)據(jù)從老的Hash表中遷移到新的Hash表中。

調(diào)整Hash表大小resize：

 void resize(int newCapacity)
 {
  Entry[] oldTable = table;
  int oldCapacity = oldTable.length;
  ......
  //創(chuàng)建一個(gè)新的Hash Table
  Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
  //將Old Hash Table上的數(shù)據(jù)遷移到New Hash Table上
  transfer(newTable);
  table = newTable;
  threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
 }

當(dāng)table[]數(shù)組容量較小，容易產(chǎn)生哈希碰撞，所以，Hash表的尺寸和容量非常的重要。

一般來說，Hash表這個(gè)容器當(dāng)有數(shù)據(jù)要插入時(shí)，都會(huì)檢查容量有沒有超過設(shè)定的thredhold，如果超過，需要增大Hash表的尺寸，這個(gè)過程稱為resize。

多個(gè)線程同時(shí)往HashMap添加新元素時(shí)，多次resize會(huì)有一定概率出現(xiàn)死循環(huán)，因?yàn)槊看蝦esize需要把舊的數(shù)據(jù)映射到新的哈希表，這一部分代碼在HashMap#transfer() 方法，如下：

 void transfer(Entry[] newTable)
 {
  Entry[] src = table;
  int newCapacity = newTable.length;
  //下面這段代碼的意思是：
  //  從OldTable里摘一個(gè)元素出來，然后放到NewTable中
  for (int j = 0; j < src.length; j++) {
   Entry<K,V> e = src[j];
   if (e != null) {
    src[j] = null;
    do {
     Entry<K,V> next = e.next;//取出第一個(gè)元素
     int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
     e.next = newTable[i];
     newTable[i] = e;
     e = next;
    } while (e != null);
   }
  }
 }

標(biāo)紅代碼是導(dǎo)致多線程使用hashmap出現(xiàn)CUP使用率驟增，出現(xiàn)死循環(huán)，從而多個(gè)線程阻塞的罪魁禍?zhǔn)住?span style="color: rgb(0, 0, 0);font-family: PingFangSC-Light;font-size: 15px;letter-spacing: 3px;text-align: left;word-spacing: 1.5px;background-color: rgb(255, 255, 255);">另外推薦：Java進(jìn)階視頻資源

3、圖解HashMap死循環(huán)：

正常的ReHash的過程（單線程）：假設(shè)了我們的hash算法就是簡單的用key mod 一下表的大?。ㄒ簿褪菙?shù)組的長度）。

最上面的是old hash 表，其中的Hash表的size=2, 所以key = 3, 7, 5，在mod 2以后都沖突在table[1]這里了。接下來的三個(gè)步驟是Hash表 resize成4，然后所有的<key,value> 重新rehash的過程。

并發(fā)下的Rehash（多線程）

1）假設(shè)我們有兩個(gè)線程。

 do {
  Entry<K,V> next = e.next; // <--假設(shè)線程一執(zhí)行到這里就被調(diào)度掛起了，執(zhí)行其他操作
  int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
  e.next = newTable[i];
  newTable[i] = e;
  e = next;
 } while (e != null);

而我們的線程二執(zhí)行完成了。于是我們有下面的這個(gè)樣子：

注意，因?yàn)門hread1的 e 指向了key(3)，而next指向了key(7)，其在線程二rehash后，指向了線程二重組后的鏈表。我們可以看到鏈表的順序被反轉(zhuǎn)后。在這里線程一變成了操作經(jīng)過線程二操作后的HashMap。

2）線程一被調(diào)度回來執(zhí)行。

• 先是執(zhí)行 newTalbe[i] = e;
• 然后是e = next，導(dǎo)致了e指向了key(7)，
• 而下一次循環(huán)的next = e.next導(dǎo)致了next指向了key(3)。

3）一切安好。

線程一接著工作。把key(7)摘下來，放到newTable[i]的第一個(gè)，然后把e和next往下移。這個(gè)元素所在的位置上已經(jīng)存放有其他元素了，那么在同一個(gè)位子上的元素將以鏈表的形式存放，新加入的放在鏈頭，而先前加入的放在鏈尾。

4）環(huán)形鏈接出現(xiàn)。

e.next = newTable[i] 導(dǎo)致  key(3).next 指向了 key(7)。

注意：此時(shí)的key(7).next 已經(jīng)指向了key(3)， 環(huán)形鏈表就這樣出現(xiàn)了。

于是，當(dāng)我們的線程一調(diào)用到，HashTable.get(11)時(shí)，悲劇就出現(xiàn)了——Infinite Loop。

這里介紹了在多線程下為什么HashMap會(huì)出現(xiàn)死循環(huán)，不過在真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境下，不會(huì)使用線程不安全的HashMap的。