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多线程下HashMap的死循环问题

news 来源：原创 2024/5/4 8:19:42

多线程下[HashMap]的问题：

1、多线程put操作后，get操作导致死循环。

2、多线程put非NULL元素后，get操作得到NULL值。

3、多线程put操作，导致元素丢失。

本次主要关注[HashMap]-死循环问题。

为何出现死循环？

大家都知道，HashMap采用链表解决Hash冲突，具体的HashMap的分析可以参考一下Java集合---HashMap源码剖析的分析。因为是链表结构，那么就很容易形成闭合的链路，这样在循环的时候只要有线程对这个HashMap进行get操作就会产生死循环。但是，我好奇的是，这种闭合的链路是如何形成的呢。在单线程情况下，只有一个线程对HashMap的数据结构进行操作，是不可能产生闭合的回路的。那就只有在多线程并发的情况下才会出现这种情况，那就是在put操作的时候，如果size>initialCapacity*loadFactor，那么这时候HashMap就会进行rehash操作，随之HashMap的结构就会发生翻天覆地的变化。很有可能就是在两个线程在这个时候同时触发了rehash操作，产生了闭合的回路。

下面我们从源码中一步一步地分析这种回路是如何产生的。先看一下put操作：

存储数据put

  1 public V put(K key, V value)
  2 {
  3     ......
  4     //算Hash值
  5     int hash = hash(key.hashCode());
  6     int i = indexFor(hash, table.length);
  7     //如果该key已被插入，则替换掉旧的value （链接操作）
  8     for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
  9         Object k;
 10         if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
 11             V oldValue = e.value;
 12             e.value = value;
 13             e.recordAccess(this);
 14             return oldValue;
 15         }
 16     }
 17     modCount++;
 18     //该key不存在，需要增加一个结点
 19     addEntry(hash, key, value, i);
 20     return null;
 21 }

当我们往HashMap中put元素的时候，先根据key的hash值得到这个元素在数组中的位置（即下标），然后就可以把这个元素放到对应的位置中了。如果这个元素所在的位置上已经存放有其他元素了，那么在同一个位子上的元素将以链表的形式存放，新加入的放在链头，而先前加入的放在链尾。

检查容量是否超标addEntry

  1 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex)
  2 {
  3     Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
  4     table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
  5     //查看当前的size是否超过了我们设定的阈值threshold，如果超过，需要resize
  6     if (size++ >= threshold)
  7         resize(2 * table.length);
  8 }

调整Hash表大小resize

  1 void resize(int newCapacity)
  2 {
  3     Entry[] oldTable = table;
  4     int oldCapacity = oldTable.length;
  5     ......
  6     //创建一个新的Hash Table
  7     Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
  8     //将Old Hash Table上的数据迁移到New Hash Table上
  9     transfer(newTable);
 10     table = newTable;
 11     threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
 12 }

当table[]数组容量较小，容易产生哈希碰撞，所以，Hash表的尺寸和容量非常的重要。一般来说，Hash表这个容器当有数据要插入时，都会检查容量有没有超过设定的thredhold，如果超过，需要增大Hash表的尺寸，这个过程称为resize。

多个线程同时往HashMap添加新元素时，多次resize会有一定概率出现死循环，因为每次resize需要把旧的数据映射到新的哈希表，这一部分代码在HashMap#transfer() 方法，如下：

  1 void transfer(Entry[] newTable)
  2 {
  3     Entry[] src = table;
  4     int newCapacity = newTable.length;
  5     //下面这段代码的意思是：
  6     //  从OldTable里摘一个元素出来，然后放到NewTable中
  7     for (int j = 0; j < src.length; j++) {
  8         Entry<K,V> e = src[j];
  9         if (e != null) {
 10             src[j] = null;
 11             do {
 12                 Entry<K,V> next = e.next;
 13                 int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
 14                 e.next = newTable[i];
 15                 newTable[i] = e;
 16                 e = next;
 17             } while (e != null);
 18         }
 19     }
 20 }