多執行緒下的HashMap死回圈問題詳解

小伙伴們大家好呀，今天看技術博文的時候看到一個很有意思的問題，就如標題所示------》在多執行緒的情況下關于HashMap的死回圈問題，還記我在剛學JavaSE時候，看到過這個問題，當時的知識儲備不夠，沒有深究，今天來詳細說一說，希望能幫到你們，一起進步，

正文開始：

Java的HashMap是非執行緒安全的，多執行緒下應該用ConcurrentHashMap，

多執行緒下[HashMap]的問題（這里主要說死回圈問題）：

1、多執行緒put操作后，get操作導致死回圈，
2、多執行緒put非NULL元素后，get操作得到NULL值，
3、多執行緒put操作，導致元素丟失，

一.Jdk7的版本下為何出現死回圈？

（在多執行緒下使用非執行緒安全的HashMap，單執行緒根本不會出現）

HashMap是采用鏈表解決Hash沖突，因為是鏈表結構，那么就很容易形成閉合的鏈路，這樣在回圈的時候只要有執行緒對這個HashMap進行get操作就會產生死回圈，

在單執行緒情況下，只有一個執行緒對HashMap的資料結構進行操作，是不可能產生閉合的回路的，

那就只有在多執行緒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， 那么這時候HashMap就會進行rehash操作，隨之HashMap的結構就會發生翻天覆地的變化，很有可能就是在兩個執行緒在這個時候同時觸發了rehash操作，產生了閉合的回路，

2、如何產生的：

存盤資料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 （鏈接操作）
		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++;
		//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值得到這個元素在陣列中的位置（即下標），然后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，那么在同一個位子上的元素將以鏈表的形式存放，新加入的元素放在鏈頭，而先前加入的放在鏈尾，

檢查容量是否超標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);
		//查看當前的size是否超過了我們設定的閾值threshold，如果超過，需要resize
		if (size++ >= threshold)
			resize(2 * table.length);
	}

如果現在size已經超過了threshold，那么就要進行resize操作,新建一個更大尺寸的hash表，然后把資料從老的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;
		......
		//創建一個新的Hash Table
		Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
		//將Old Hash Table上的資料遷移到New Hash Table上
		transfer(newTable);
		table = newTable;
		threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
	}

當table[]陣列容量較小，容易產生哈希碰撞，所以，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，這個程序稱為resize，
多個執行緒同時往HashMap添加新元素時，多次resize會有一定概率出現死回圈，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里摘一個元素出來，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;
				//以下代碼是造成死回圈的罪魁禍首，
				do {
					Entry<K,V> next = e.next;//取出第一個元素
					int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
					e.next = newTable[i];
					newTable[i] = e;
					e = next;
				} while (e != null);
			}
		}
	}

3、圖解HashMap死回圈：

正常的ReHash的程序（單執行緒）：
假設了我們的hash演算法就是簡單的用key mod 一下表的大小（也就是陣列的長度），
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以后都沖突在table[1]這里了，

接下來的三個步驟是Hash表 resize成4，然后所有的<key,value> 重新rehash的程序，

并發下的Rehash（多執行緒）

假設我們有兩個執行緒，

	do {
		Entry<K,V> next = e.next; // <--假設執行緒一執行到這里就被調度掛起了，執行其他操作
		int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
		e.next = newTable[i];
		newTable[i] = e;
		e = next;
	} while (e != null);

而我們的執行緒二執行完成了，于是我們有下面的這個樣子：

注意，因為Thread1的 e 指向了key(3)，而next指向了key(7)，其在執行緒二rehash后，指向了執行緒二重組后的鏈表，我們可以看到鏈表的順序被反轉后，在這里執行緒一變成了操作經過執行緒二操作后的HashMap，

2）執行緒一被調度回來執行，
先是執行 newTalbe[i] = e;
然后是e = next，導致了e指向了key(7)，
而下一次回圈的next = e.next導致了next指向了key(3)，

3）一切ok，

執行緒一接著作業，把key(7)摘下來，放到newTable[i]的第一個，然后把e和next往下移，這個元素所在的位置上已經存放有其他元素了，那么在同一個位子上的元素將以鏈表的形式存放，新加入的放在鏈頭，而先前加入的放在鏈尾，

4）環形鏈接出現，

e.next = newTable[i] 導致 key(3).next 指向了 key(7)，
注意：此時的key(7).next 已經指向了key(3)， 環形鏈表就這樣出現了，

于是，當我們的執行緒一呼叫到，HashTable.get(11)時，悲劇就出現了——Infinite Loop，

JDK8后—>擴容解決死回圈

JDK8 將 HashMap 的結構作了下修改，將原來的鏈表部分改為資料少時仍然鏈表，當超過一定數量后變換為紅黑樹，這里主要討論在鏈表時跟之前有什么不同，

1，假如oldtab的大小為2，里面有7，3兩個節點，因為2 > 2 * 0.75,現在要擴容到大小為4的newtable，然后把節點從oldtable移到newtable，假設這里有兩個執行緒，每個執行緒里面都有e，next分別記錄當前節點和下一個節點，現在兩個執行緒一起擴容會發生一下情況

通過上面的分析，不難發現回圈的產生是因為新鏈表的順序跟舊的鏈表是完全相反的，所以只要保證建新鏈時還是按照原來的順序的話就不會產生回圈，

JDK8是用 head 和 tail 來保證鏈表的順序和之前一樣，這樣就不會產生回圈參考，

小結：

jdk1.8之前和之后不同之處就是jdk1.8后是直接把節點放到newtable[j]尾節點，而jdk1.8前是直接放到頭節點，雖然解決了死回圈，但hashMap在多執行緒使用下還是會有很多問題，在多執行緒下最好還是使用ConcurrentHashMap比較好，