多線程下HashMap的死循環問題

多線程下[HashMap]的問題：

1、多線程put操作後，get操作導緻死循環。

2、多線程put非NULL元素後，get操作得到NULL值。

3、多線程put操作，導緻元素丢失。

本次主要關注[HashMap]-死循環問題。

為何出現死循環？

大家都知道，HashMap采用連結清單解決Hash沖突，具體的HashMap的分析可以參考一下Java集合---HashMap源碼剖析 的分析。因為是連結清單結構，那麼就很容易形成閉合的鍊路，這樣在循環的時候隻要有線程對這個HashMap進行get操作就會産生死循環。但是，我好奇的是，這種閉合的鍊路是如何形成的呢。在單線程情況下，隻有一個線程對HashMap的資料結構進行操作，是不可能産生閉合的回路的。那就隻有在多線程并發的情況下才會出現這種情況，那就是在put操作的時候，如果size>initialCapacity*loadFactor，那麼這時候HashMap就會進行rehash操作，随之HashMap的結構就會發生翻天覆地的變化。很有可能就是在兩個線程在這個時候同時觸發了rehash操作，産生了閉合的回路。

下面我們從源碼中一步一步地分析這種回路是如何産生的。先看一下put操作：

存儲資料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 （連結操作）
    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，需要增加一個結點
    addEntry(hash, key, value, i);
    return null;
}      

當我們往HashMap中put元素的時候，先根據key的hash值得到這個元素在數組中的位置（即下标），然後就可以把這個元素放到對應的位置中了。 如果這個元素所在的位置上已經存放有其他元素了，那麼在同一個位子上的元素将以連結清單的形式存放，新加入的放在鍊頭，而先前加入的放在鍊尾。

檢查容量是否超标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);
    //檢視目前的size是否超過了我們設定的門檻值threshold，如果超過，需要resize
    if (size++ >= threshold)
        resize(2 * table.length);
}      

可以看到，如果現在size已經超過了threshold，那麼就要進行resize操作,建立一個更大尺寸的hash表，然後把資料從老的Hash表中遷移到新的Hash表中：

調整Hash表大小resize

void resize(int newCapacity)
{
    Entry[] oldTable = table;
    int oldCapacity = oldTable.length;
    ......
    //建立一個新的Hash Table
    Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
    //将Old Hash Table上的資料遷移到New Hash Table上
    transfer(newTable);
    table = newTable;
    threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}      

當table[]數組容量較小，容易産生哈希碰撞，是以，Hash表的尺寸和容量非常的重要。一般來說，Hash表這個容器當有資料要插入時，都會檢查容量有沒有超過設定的thredhold，如果超過，需要增大Hash表的尺寸，這個過程稱為resize。

多個線程同時往HashMap添加新元素時，多次resize會有一定機率出現死循環，因為每次resize需要把舊的資料映射到新的哈希表，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裡摘一個元素出來，然後放到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);
        }
    }
}      

綠色部分代碼是導緻多線程使用hashmap出現CUP使用率驟增，進而多個線程阻塞的罪魁禍首。

更多細節分析參見資料：http://hongjiang.info/tag/collection/

疫苗：Java HashMap的死循環

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