不要在并发场景下使用hashmap的原因

r囧r小猫 2023-06-25 03:08 70阅读 0赞

相信很多人都知道jdk7及其以前版本的hashmap在并发场景下使用时存在死循环（注意是死循环，不是死锁）的问题，问题出在扩容时对链表逆序的问题，下面是出问题的相关源码：

/**
         * Transfers all entries from current table to newTable.
         */
        void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
            int newCapacity = newTable.length;
            for (Entry<K,V> e : table) {
                while(null != e) {
                    Entry<K,V> next = e.next;
                    if (rehash) {
                        e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
                    }
                    int i = indexFor(e.hash, newCapacity);  //所在散列桶序号
                    e.next = newTable[i];   //这边做了逆序处理，在多线程使用时会导致死循环
                    newTable[i] = e;
                    e = next;
                }
            }
        }

jdk8对这一问题做了相关补救工作，不会出现死循环

final Node<K,V>[] resize() {
            Node<K,V>[] oldTab = table;
            //oldCap代表有没有数据插入，table创建采用lazy模式，只有使用时才创建
            int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
            int oldThr = threshold;
            int newCap, newThr = 0;
            if (oldCap > 0) {   //已经有数据，证明不是初始化
                if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                    threshold = Integer.MAX_VALUE;
                    return oldTab;
                }
                else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                        oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)//老的threshold大于16时，新的threshold才进行double处理
                    newThr = oldThr << 1; // double threshold
            }//oldCap == 0，初始化，创建hashmap时没有设置capacity
            else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
                //oldThr > 0 && oldCap == 0
                newCap = oldThr;
            else {               // zero initial threshold signifies using defaults
                //oldThr == 0 && oldCap == 0，初始化
                newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
                newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
            }
            if (newThr == 0) {//
                float ft = (float)newCap * loadFactor;
                newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                        (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
            }
            threshold = newThr;
            @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
            Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
            table = newTab;
            if (oldTab != null) {//插入数据时扩容
                for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                    Node<K,V> e;
                    if ((e = oldTab[j]) != null) {//该散列桶已有数据，需要将该散列桶中数据重新映射
                        oldTab[j] = null;
                        if (e.next == null)//只有一个数据
                            newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                        else if (e instanceof TreeNode)//该散列桶中数据红黑树存储
                            ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                        else { // preserve order 保证原来的顺序，否则在多线程误用时会导致死循环
                            //有多个数据，而且是链表形式存储
                            Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                            Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                            Node<K,V> next;
                            do {
                                next = e.next;
                                /**
                                 * 该hash在老哈希桶数组位置为(oldCap-1) & hash，在扩容后哈希桶下标为(2*oldCap-1) & hash
                                 * 2*oldCap-1相当于在oldCap-1的基础上左侧高位再加一个1，所以插入数据hash值在oldCap-1高一位是0还是1将决定
                                 * 数据是否需要迁移，如果是1，则迁移到 j+oldCap位置，如果是0，则保持原位置
                                 */
                                //与JDK7不同的是JDK8在扩容时原数据没有进行链表倒置操作，因为这个在并发编程时会导致
                                if ((e.hash & oldCap) == 0) {//在原来的散列桶
                                    if (loTail == null)
                                        loHead = e;
                                    else
                                        loTail.next = e;
                                    loTail = e;
                                }
                                else {//不在原来的散列桶
                                    if (hiTail == null)
                                        hiHead = e;
                                    else
                                        hiTail.next = e;
                                    hiTail = e;
                                }
                            } while ((e = next) != null);
                            if (loTail != null) {
                                loTail.next = null;
                                newTab[j] = loHead;
                            }
                            if (hiTail != null) {
                                hiTail.next = null;
                                newTab[j + oldCap] = hiHead;
                            }
                        }
                    }
                }
            }
            return newTab;
        }

jdk8及其以上版本在多线程下使用虽然没有死循环问题，但是仍然不是安全的，存在数据丢失以及异常的问题，数据丢失比如在插入时，多个线程同时在一个节点上增加新的节点，多个线程都会将自己新增的节点与某个节点A绑定关系，这样就会导致其他线程与节点A的关联关系丢失，类似mysql的update如果不做处理也存在更新丢失问题。异常发生在TreeNode与Node节点强行转换的地方，比如TreeNode类的moveRootToFront方法，测试代码可以参考下面：

/**
         * JDK8的hashmap虽然没有jdk7及以前版本存在的死循环问题，但仍然存在丢失数据问题
         */
        @Test
        public void test(){
            Map<String,String> map = new HashMap<>();
            Thread[] ts = new Thread[50];
            for(int i=0;i<50;i++){
                int k = i;
                Thread t = new Thread(()->{
                    for(int j=0;j<500;j++){
                        map.put(String.format("1001%2d%3d",k,j),"h");
                    }
                });
                t.start();
                ts[i] = t;
            }
            for(int i=0;i<50;i++){
                try {
                    ts[i].join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(map.keySet().size());
    
            Map<String,String> map1 = new HashMap<>();
            for(int i=0;i<50;i++){
                int k = i;
                Thread t = new Thread(()->{
                    for(int j=0;j<500;j++){
                        map1.put(String.format("1001%2d%3d",k,j),"h");
                    }
                });
                t.start();
                try {
                    t.join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            for(int i=0;i<50;i++){
                try {
                    ts[i].join();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            System.out.println(map1.keySet().size());
        }

所以要在并发场景下使用map，可以使用ConcurrentHashMap