高并发下的HashMap为什么会死循环

前言

  HashMap并发情况下的死循环问题在jdk 1.7及之前版本存在的,jdk 1.8 通过增加loHead和loTail进行了修复,虽然进行了修复,但是如果涉及到并发情况下,一般建议使用CurrentHashMap替代HashMap来确保不会出现线程安全问题。

  在jdk 1.7及之前 HashMap在并发情况下产生的循环问题,该循环问题将致使服务器的cpu飙升至100%,为了解答这个疑惑,那么今天就来了解一下线程不安全的HashMap在高并发的情况下是如何造成死循环的,要探究hashmap死循环的原因那就要从hashmap的源码开始进行分析,这样才能从根本上对hashmap进行理解。 在分析之前我们要知道在jdk 1.7版本及之前HashMap采用的是数组 + 链表的数据结构,而在jdk 1.8则是采用数组 + 链表 + 红黑树的数据结构以进一步降低hash冲突后带来的查询损耗。

正文

首先hashmap进行元素的插入这里会调用put方法

public V put(K key, V value) {
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable(threshold);//分配数组空间
        }
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        int hash = hash(key);//对key的hashcode进一步计算,确保散列均匀
        int i = indexFor(hash, table.length);//获取在table中的实际位置
        for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {...}
        modCount++;//保证并发访问时,若HashMap内部结构发生变化,快速响应失败
        
        //重点关注这个addEntry增加元素的方法
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }

紧接着我们来看这个addEntry方法,里面调用的resize()扩容方法是今天的主角

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
            resize(2 * table.length);//当size超过临界阈值threshold,并且即将发生哈希冲突时进行扩容,扩容后新容量为旧容量的2倍
            hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);//扩容后重新计算插入的位置下标
        }

        //把元素放入HashMap的桶的对应位置
        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
    }

下面我们进入到resize()法中,再揭开里面的transfer()方法的面纱,这个方法也是造成死循环的罪魁祸首

//按新的容量扩容Hash表  
    void resize(int newCapacity) {  
        Entry[] oldTable = table;//旧数据  
        int oldCapacity = oldTable.length;//获取旧的容量值  
        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {//旧的容量值已经到了最大容量值  
            threshold = Integer.MAX_VALUE;//修改扩容阀值  
            return;  
        }  
        //新的结构  
        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];  
        
        //将老的表中的数据拷贝到新的结构中
        transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
        table = newTable;//修改HashMap的底层数组  
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);//修改阀值  
    }  

最后一起来仔细分析这个transfer()方法

//将老的表中的数据拷贝到新的结构中  
    void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {  
        int newCapacity = newTable.length;//容量  
        for (Entry e : table) { //遍历所有桶
            while(null != e) {  //遍历桶中所有元素(是一个链表)
                Entry next = e.next;  
                if (rehash) {//如果是重新Hash,则需要重新计算hash值  
                    e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);  
                }  
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);//定位Hash桶  
                e.next = newTable[i];//元素连接到桶中,这里相当于单链表的插入,总是插入在最前面
                newTable[i] = e;//newTable[i]的值总是最新插入的值
                e = next;//继续下一个元素  
            }  
        }  
    }

添加元素达到阀值后对hashmap进行扩容,走reaize方法,在对HashMap进行扩容时,又会调用一个transfer()对旧的hashmap中的元素进行转移,那么我们今天要探究的死循环问题 就是发生在这个方法里的,在进行元素转移时transfer方法里会调用下面四行代码

Entry next = e.next; 
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;

把元素插入新的HashMap中,粗略的看下这四行代码似乎并没有什么问题,元素进行转移的图如下(线程不冲突的情况下)

高并发下的HashMap为什么会死循环_第1张图片

那么我们让线程A、B同时访问我这段代码,当现A线程执行到以下代码时

高并发下的HashMap为什么会死循环_第2张图片

Entry next = e.next;

线程A交出时间片,线程B这时候接手转移并且完成了元素的转移,这个时候线程A又拿到时间片并接着执行代码

高并发下的HashMap为什么会死循环_第3张图片

执行后代码如图,当e = a时,这时候这时候再执行

e.next = newTable[i];// a元素指向了b元素,产生了循环

高并发下的HashMap为什么会死循环_第4张图片

  在链表就就产生了循环后,当get()方法获取元素的时候正好落在这个循环的链表上时,线程会一直在环了遍历,无法跳出,从而导致cpu飙升100%!

总结

在多线程情况下尽量不要用HashMap,可以用线程安全的hash表来代替如ConcurrentHashMap、HashTable、Collections.synchronizedMap()。来避免产生多线程安全问题。

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以上便是本次分享的全部内容,希望对你有所帮助^_^

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