【搞定Java基础-集合】JDK1.7 HashMap 在高并发下引起的死循环

目录

一、resize（）简介

二、正常的 resize 过程 【其实就是每次先把next存下，然后对e(当前节点)重hash】

三、并发下的 resize

总结与JDK 8 的改进

为什么线程不安全

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转载自：https://www.jianshu.com/p/619a8efcf589

一、resize（）简介

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

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);
}

迁移的源代码：该方法实现的机制就是将每个链表转化到新链表，并且链表中的位置发生反转，而这在多线程情况下是很容易造成链表回路，从而发生 get() 死循环。所以只要保证建新链时还是按照原来的顺序的话就不会产生循环（JDK 8 的改进）

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 e = src[j];
        if (e != null) {
            src[j] = null;
            do {
                Entry next = e.next;
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
                e.next = newTable[i];
                newTable[i] = e;
                e = next;
            } while (e != null);
        }
    }
}

二、正常的 resize 过程 【其实就是每次先把next存下，然后对e(当前节点)重hash】

• 假设我们的 hash 算法就是简单的用 key mod 一下表的大小（也就是数组的长度）
• 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 以后都冲突在 table[1] 这里了
• 接下来的三个步骤是 Hash 表 resize 成 4，然后所有的 重新 rehash 的过程

 

三、并发下的 resize

1）假设有两个线程

do {
    Entry next = e.next; //  假设线程一执行到这里就被调度挂起了
    int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
    e.next = newTable[i];
    newTable[i] = e;
    e = next;
} while (e != null);

而线程二执行完成了。于是有下面的这个样子：【线程1和线程2里各有一个newTable哈，它们完成resize后会让 table = newTable】

注意，因为 Thread1 的 e 指向了 key(3)，而 next 指向了 key(7)，其在线程二 rehash 后，指向了线程二重组后的链表。可以看到链表的顺序被反转

2）线程一被调度回来执行

• 先是执行 newTalbe[i] = e;
• 然后是 e = next，导致了 e 指向了 key(7)
• 而下一次循环的 next = e.next 导致了 next 指向了 key(3)

3）线程一接着工作。把 key(7) 摘下来，放到 newTable[i] 的第一个，然后把 e 和 next 往下移

4）环形链接出现
e.next = newTable[i] 导致 key(3).next 指向了 key(7)
此时的 key(7).next 已经指向了 key(3)， 环形链表就这样出现了

总结与JDK 8 的改进

JDK 8 中采用的是位桶 + 链表/红黑树的方式，当某个位桶的链表的长度超过 8 的时候，这个链表就将转换成红黑树

HashMap 不会因为多线程 put 导致死循环（JDK 8 用 head 和 tail 来保证链表的顺序和之前一样（拆分成两条链表，再分别挂到 i 和 i+oldCap 位置 ）；JDK 7 rehash 会倒置链表元素），但是还会有数据丢失等弊端（并发本身的问题）。因此多线程情况下还是建议使用 ConcurrentHashMap

为什么线程不安全

HashMap 在并发时可能出现的问题主要是两方面：

• 如果多个线程同时使用 put 方法添加元素，而且假设正好存在两个 put 的 key 发生了碰撞（根据 hash 值计算的 bucket 一样），那么根据 HashMap 的实现，这两个 key 会添加到数组的同一个位置，这样最终就会发生其中一个线程 put 的数据被覆盖
  • 1.7 (实际是Entry e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);)      大致意思就是e.next=table[i];table[i] =e; 
  • 同样1.8 在尾部插入的时候同时进行也会覆盖另一个线程的put
• 如果多个线程同时检测到元素个数超过数组大小 * loadFactor，这样就会发生多个线程同时对 Node 数组进行扩容，都在重新计算元素位置以及复制数据，但是最终只有一个线程扩容后的数组会赋给 table，也就是说其他线程的都会丢失，并且各自线程 put 的数据也丢失【这是1.8，如果是1.7头插还会导致死循环】
  • 1.8对table[i]是拆分成两个链表，再挂到table[i]和table[i+oldCap]下，一个线程拆分j位置会让 oldTab[j] = null; 另一个线程可能就认为该位置无元素，该线程把它扩容后的数组赋给table，就会丢失其他线程的扩容
  • 如果扩容的同时也put元素，比如put正在迁移的位置，那么因为最后会把拆分的两个链表赋给那两个位置，所以会导致各自线程put的数据也丢失。