多執行緒下HashMap的死迴圈問題

^_TONY_^發表於2014-09-11
執行緒HashMap

多執行緒下[HashMap]的問題：

1、多執行緒put操作後，get操作導致死迴圈。
2、多執行緒put非NULL元素後，get操作得到NULL值。
3、多執行緒put操作，導致元素丟失。

 

本次主要關注[HashMap]-死迴圈問題。

 

為何出現死迴圈？

大家都知道，HashMap採用連結串列解決Hash衝突，具體的HashMap的分析可以參考一下Java集合---HashMap原始碼剖析 的分析。因為是連結串列結構，那麼就很容易形成閉合的鏈路，這樣在迴圈的時候只要有執行緒對這個HashMap進行get操作就會產生死迴圈。但是，我好奇的是，這種閉合的鏈路是如何形成的呢。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迴路的。那就只有在多執行緒併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，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，產生了閉合的迴路。

下面我們從原始碼中一步一步地分析這種迴路是如何產生的。先看一下put操作：

 

 

儲存資料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值得到這個元素在陣列中的位置（即下標），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將以連結串列的形式存放，新加入的放在鏈頭，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);
    //檢視當前的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);
}

可以看到，如果現在size已經超過了threshold，那麼就要進行resize操作,新建一個更大尺寸的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];
    //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，容易產生雜湊碰撞，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，這個過程稱為resize。

多個執行緒同時往HashMap新增新元素時，多次resize會有一定概率出現死迴圈，因為每次resize需要把舊的資料對映到新的雜湊表，這一部分程式碼在HashMap#transfer() 方法，如下：

void transfer(Entry[] newTable)
{
    Entry[] src = table;
    int newCapacity = newTable.length;
    //下面這段程式碼的意思是：
    //  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);
        }
    }
}

綠色部分程式碼是導致多執行緒使用hashmap出現CUP使用率驟增，從而多個執行緒阻塞的罪魁禍首。

 

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

疫苗：Java HashMap的死迴圈

關於MAP執行緒不安全的問題

 

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