多线程下HashMap的死循环问题

2018-03-01 12:23:05来源:cnblogs.com作者:hanxue1122人点击

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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

public V put(K key, V value){    ......    //算Hash值    int hash = hash(key.hashCode());    int i = indexFor(hash, table.length);    //如果该key已被插入,则替换掉旧的value (链接操作)    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++;    //该key不存在,需要增加一个结点    addEntry(hash, key, value, i);    return null;}

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

可以看到,如果现在size已经超过了threshold,那么就要进行resize操作,新建一个更大尺寸的hash表,然后把数据从老的Hash表中迁移到新的Hash表中:

调整Hash表大小resize

void resize(int newCapacity){    Entry[] oldTable = table;    int oldCapacity = oldTable.length;    ......    //创建一个新的Hash Table    Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];    //将Old Hash Table上的数据迁移到New Hash Table上    transfer(newTable);    table = newTable;    threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);}

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:

void transfer(Entry[] newTable){    Entry[] src = table;    int newCapacity = newTable.length;    //下面这段代码的意思是:    //  从OldTable里摘一个元素出来,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;                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);                e.next = newTable[i];                newTable[i] = e;                e = next;            } while (e != null);        }    }}

绿色部分代码是导致多线程使用hashmap出现CUP使用率骤增,从而多个线程阻塞的罪魁祸首。

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