多线程环境下，HashMap为什么会出现死循环？

深碍√TFBOYSˉ_ 2023-10-09 19:26 5阅读 0赞

Java的HashMap是非线程安全的。多线程下应该用ConcurrentHashMap。

多线程下\[HashMap\]的问题（这里主要说死循环问题）：

*  多线程put操作后，get操作导致死循环。
 *  多线程put非NULL元素后，get操作得到NULL值。
 *  多线程put操作，导致元素丢失。

#### 1、为何出现死循环？（在多线程下使用非线程安全的HashMap，单线程根本不会出现） ####

*  HashMap是采用链表解决Hash冲突，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。
 *  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。

#### 2、如何产生的： ####

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，新加入的元素放在链头，而先前加入的放在链尾。

检查容量是否超标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);
      //查看当前的size是否超过了我们设定的阈值threshold，如果超过，需要resize
      if (size++ >= threshold)
       resize(2 * table.length);
     }

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;//取出第一个元素
         int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
         e.next = newTable[i];
         newTable[i] = e;
         e = next;
        } while (e != null);
       }
      }
     }

标红代码是导致多线程使用hashmap出现CUP使用率骤增，出现死循环，从而多个线程阻塞的罪魁祸首。

#### 3、图解HashMap死循环： ####

正常的ReHash的过程（单线程）：假设了我们的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`<key,value>` 重新rehash的过程。

![6d0e448b6dcc47fbc9cfcff6129ff7f5.png][]

并发下的Rehash（多线程）

**1）假设我们有两个线程。**

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

而我们的线程二执行完成了。于是我们有下面的这个样子：

![c075375b9b4131a6ac4483c770860b66.png][]

> 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。我们可以看到链表的顺序被反转后。在这里线程一变成了操作经过线程二操作后的HashMap。

**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)`。

![13e61460a26853520da5c19b4204328a.png][]

**3）一切安好。**

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。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。

![6fff2900bdbaafaf21f89b9ae9cba32a.png][]

**4）环形链接出现。**

`e.next = newTable[i]` 导致 `key(3).next` 指向了 `key(7)`。

> 注意：此时的`key(7).next` 已经指向了`key(3)`， 环形链表就这样出现了。

![ddfccd622545cff819f5adf6bf443c3d.png][]

于是，当我们的线程一调用到，`HashTable.get(11)`时，悲剧就出现了——Infinite Loop。

这里介绍了在多线程下为什么HashMap会出现死循环，不过在真实的生产环境下，不会使用线程不安全的HashMap的。

[6d0e448b6dcc47fbc9cfcff6129ff7f5.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/6d0e448b6dcc47fbc9cfcff6129ff7f5.png
[c075375b9b4131a6ac4483c770860b66.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/c075375b9b4131a6ac4483c770860b66.png
[13e61460a26853520da5c19b4204328a.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/13e61460a26853520da5c19b4204328a.png
[6fff2900bdbaafaf21f89b9ae9cba32a.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/6fff2900bdbaafaf21f89b9ae9cba32a.png
[ddfccd622545cff819f5adf6bf443c3d.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/ddfccd622545cff819f5adf6bf443c3d.png