怎么理解JAVA HASH MAP的死循環

這篇文章主要講解了“怎么理解JAVA HASH MAP的死循環”，文中的講解內容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“怎么理解JAVA HASH MAP的死循環”吧！

問題的癥狀

從前我們的Java代碼因為一些原因使用了HashMap這個東西，但是當時的程序是單線程的，一切都沒有問題。后來，我們的程序性能有問題，所以需要變成多線程的，于是，變成多線程后到了線上，發現程序經常占了100%的CPU，查看堆棧，你會發現程序都Hang在了HashMap.get()這個方法上了，重啟程序后問題消失。但是過段時間又會來。而且，這個問題在測試環境里可能很難重現。

我們簡單的看一下我們自己的代碼，我們就知道HashMap被多個線程操作。而Java的文檔說HashMap是非線程安全的，應該用ConcurrentHashMap。

但是在這里我們可以來研究一下原因。

Hash表數據結構

我需要簡單地說一下HashMap這個經典的數據結構。

HashMap通常會用一個指針數組（假設為table[]）來做分散所有的key，當一個key被加入時，會通過Hash算法通過key算出這個數組的下標i，然后就把這個<key, value>插到table[i]中，如果有兩個不同的key被算在了同一個i，那么就叫沖突，又叫碰撞，這樣會在table[i]上形成一個鏈表。

我們知道，如果table[]的尺寸很小，比如只有2個，如果要放進10個keys的話，那么碰撞非常頻繁，于是一個O(1)的查找算法，就變成了鏈表遍歷，性能變成了O(n)，這是Hash表的缺陷。

所以，Hash表的尺寸和容量非常的重要。一般來說，Hash表這個容器當有數據要插入時，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，但是這樣一來，整個Hash表里的無素都需要被重算一遍。這叫rehash，這個成本相當的大。

相信大家對這個基礎知識已經很熟悉了。

HashMap的rehash源代碼

下面，我們來看一下Java的HashMap的源代碼。

Put一個Key,Value對到Hash表中：

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;}

檢查容量是否超標

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resizeif (size++ >= threshold)resize(2 * table.length);}

新建一個更大尺寸的hash表，然后把數據從老的Hash表中遷移到新的Hash表中。

void resize(int newCapacity){Entry[] oldTable = table;int oldCapacity = oldTable.length;......//創建一個新的Hash TableEntry[] newTable = new Entry[newCapacity];//將Old Hash Table上的數據遷移到New Hash Table上transfer(newTable);table = newTable;threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);}

遷移的源代碼，注意高亮處：

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;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);}}}

好了，這個代碼算是比較正常的。而且沒有什么問題。

正常的ReHash的過程

我假設了我們的hash算法就是簡單的用key mod 一下表的大小（也就是數組的長度）。  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的過程

并發下的Rehash

1）假設我們有兩個線程。

我們再回頭看一下我們的 transfer代碼中的這個細節：

do {Entry<K,V> next = e.next; // <--假設線程一執行到這里就被調度掛起了int i = indexFor(e.hash, newCapacity);e.next = newTable[i];newTable[i] = e;e = next;} while (e != null);

而我們的線程二執行完成了。

注意，因為Thread1的 e 指向了key(3)，而next指向了key(7)，其在線程二rehash后，指向了線程二重組后的鏈表。我們可以看到鏈表的順序被反轉后。

2）線程一被調度回來執行。

先是執行 newTalbe[i] = e;

然后是e = next，導致了e指向了key(7)，

而下一次循環的next = e.next導致了next指向了key(3)

3）一切安好。

線程一接著工作。把key(7)摘下來，放到newTable[i]的第一個，然后把e和next往下移。

JAVA HASHMAP的死循環

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，當我們的線程一調用到，HashTable.get(11)時，悲劇就出現了——Infinite Loop。

感謝各位的閱讀，以上就是“怎么理解JAVA HASH MAP的死循環”的內容了，經過本文的學習后，相信大家對怎么理解JAVA HASH MAP的死循環這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！