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[Java集合] 徹底搞懂HashMap,HashTable,ConcurrentHashMap之關聯.

本文轉載自   查看原文   2016-08-25 18:47   16082 

注: 今天看到的一篇講hashMap,hashTable,concurrentHashMap很透徹的一篇文章, 感謝原作者的分享.
原文地址: http://blog.csdn.net/zhangerqing/article/details/8193118

Java集合類是個非常重要的知識點，HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap等算是集合類中的重點，可謂“重中之重”，首先來看個問題，如面試官問你：HashMap和HashTable有什么區別，一個比較簡單的回答是：

1、HashMap是非線程安全的，HashTable是線程安全的。

2、HashMap的鍵和值都允許有null值存在，而HashTable則不行。

3、因為線程安全的問題，HashMap效率比HashTable的要高。

能答出上面的三點，簡單的面試，算是過了，但是如果再問：Java中的另一個線程安全的與HashMap極其類似的類是什么？同樣是線程安全，它與HashTable在線程同步上有什么不同？能把第二個問題完整的答出來，說明你的基礎算是不錯的了。帶着這個問題，本章開始系Java之美[從菜鳥到高手演變]系列之深入解析HashMap和HashTable類應用而生！總想在文章的開頭說點兒什么，但又無從說起。從最近的一些面試說起吧，感受就是：知識是永無止境的，永遠不要覺得自己已經掌握了某些東西。如果對哪一塊知識感興趣，那么，請多多的花時間，哪怕最基礎的東西也要理解它的原理，盡量往深了研究，在學習的同時，記得多與大家交流溝通，因為也許某些東西，從你自己的角度，是很難發現的，因為你並沒有那么多的實驗環境去發現他們。只有交流的多了，才能及時找出自己的不足，才能認識到：“哦，原來我還有這么多不知道的東西！”。

一、HashMap的內部存儲結構
Java中數據存儲方式最底層的兩種結構，一種是數組，另一種就是鏈表，數組的特點：連續空間，尋址迅速，但是在刪除或者添加元素的時候需要有較大幅度的移動，所以查詢速度快，增刪較慢。而鏈表正好相反，由於空間不連續，尋址困難，增刪元素只需修改指針，所以查詢慢、增刪快。有沒有一種數據結構來綜合一下數組和鏈表，以便發揮他們各自的優勢？答案是肯定的！就是：哈希表。哈希表具有較快（常量級）的查詢速度，及相對較快的增刪速度，所以很適合在海量數據的環境中使用。一般實現哈希表的方法采用“拉鏈法”，我們可以理解為“鏈表的數組”，如下圖：

從上圖中，我們可以發現哈希表是由數組+鏈表組成的，一個長度為16的數組中，每個元素存儲的是一個鏈表的頭結點。那么這些元素是按照什么樣的規則存儲到數組中呢。一般情況是通過hash(key)%len獲得，也就是元素的key的哈希值對數組長度取模得到。比如上述哈希表中，12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存儲在數組下標為12的位置。它的內部其實是用一個Entity數組來實現的，屬性有key、value、next。接下來我會從初始化階段詳細的講解HashMap的內部結構。

1、初始化
首先來看三個常量：
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; 初始容量：16
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 
<< 30; 最大容量：2的30次方：1073741824
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; 
裝載因子，后面再說它的作用
來看個無參構造方法，也是我們最常用的：

[java]   view plain  copy
  1. public HashMap() {  
  2.         this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;  
  3.         threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);  
  4.         table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];  
  5.         init();  
  6.     }  

loadFactor、threshold的值在此處沒有起到作用，不過他們在后面的擴容方面會用到，此處只需理解table=new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY].說明，默認就是開辟16個大小的空間。另外一個重要的構造方法：

[java]   view plain  copy
  1. public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {  
  2.         if (initialCapacity < 0)  
  3.             throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +  
  4.                                                initialCapacity);  
  5.         if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)  
  6.             initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;  
  7.         if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))  
  8.             throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +  
  9.                                                loadFactor);  
  10.   
  11.         // Find a power of 2 >= initialCapacity  
  12.         int capacity = 1;  
  13.         while (capacity < initialCapacity)  
  14.             capacity <<= 1;  
  15.   
  16.         this.loadFactor = loadFactor;  
  17.         threshold = (int)(capacity * loadFactor);  
  18.         table = new Entry[capacity];  
  19.         init();  
  20.     }  


就是說傳入參數的構造方法，我們把重點放在：

[java]   view plain  copy
  1. while (capacity < initialCapacity)  
  2.            capacity <<= 1;  


上面，該代碼的意思是，實際的開辟的空間要大於傳入的第一個參數的值。舉個例子：
new HashMap(7,0.8),loadFactor為0.8，capacity為7，通過上述代碼后，capacity的值為：8.（1 << 2的結果是4,2 << 2的結果為8<此處感謝網友wego1234的指正>）。所以，最終capacity的值為8，最后通過new Entry[capacity]來創建大小為capacity的數組，所以，這種方法最紅取決於capacity的大小。
2、put(Object key,Object value)操作
 
當調用put操作時，首先判斷key是否為null，如下代碼1處：

[java]   view plain  copy
  1. <p>public V put(K key, V value) {  
  2.         if (key == null)  
  3.             return putForNullKey(value);  
  4.         int hash = hash(key.hashCode());  
  5.         int i = indexFor(hash, table.length);  
  6.         for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  
  7.             Object k;  
  8.             if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  
  9.                 V oldValue = e.value;  
  10.                 e.value = value;  
  11.                 e.recordAccess(this);  
  12.                 return oldValue;  
  13.             }  
  14.         }</p><p>        modCount++;  
  15.         addEntry(hash, key, value, i);  
  16.         return null;  
  17.     }</p>  


如果key是null，則調用如下代碼：

[java]   view plain  copy
  1. private V putForNullKey(V value) {  
  2.         for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {  
  3.             if (e.key == null) {  
  4.                 V oldValue = e.value;  
  5.                 e.value = value;  
  6.                 e.recordAccess(this);  
  7.                 return oldValue;  
  8.             }  
  9.         }  
  10.         modCount++;  
  11.         addEntry(0, null, value, 0);  
  12.         return null;  
  13.     }  


就是說，獲取Entry的第一個元素table[0]，並基於第一個元素的next屬性開始遍歷，直到找到key為null的Entry，將其value設置為新的value值。
如果沒有找到key為null的元素，則調用如上述代碼的addEntry(0, null, value, 0);增加一個新的entry，代碼如下：

[java]   view plain  copy
  1. void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  
  2.     Entry<K,V> e = table[bucketIndex];  
  3.         table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);  
  4.         if (size++ >= threshold)  
  5.             resize(2 * table.length);  
  6.     }  


先獲取第一個元素table[bucketIndex],傳給e對象，新建一個entry，key為null，value為傳入的value值，next為獲取的e對象。如果容量大於threshold，容量擴大2倍。
如果key不為null，這也是大多數的情況，重新看一下源碼：

[java]   view plain  copy
  1. public V put(K key, V value) {  
  2.         if (key == null)  
  3.             return putForNullKey(value);  
  4.         int hash = hash(key.hashCode());//---------------2---------------  
  5.         int i = indexFor(hash, table.length);  
  6.         for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {//--------------3-----------  
  7.             Object k;  
  8.             if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  
  9.                 V oldValue = e.value;  
  10.                 e.value = value;  
  11.                 e.recordAccess(this);  
  12.                 return oldValue;  
  13.             }  
  14.         }//-------------------4------------------  
  15.         modCount++;//----------------5----------  
  16.         addEntry(hash, key, value, i);-------------6-----------  
  17.         return null;  
  18.     }  


看源碼中2處，首先會進行key.hashCode()操作，獲取key的哈希值，hashCode()是Object類的一個方法，為本地方法，內部實現比較復雜，我們
會在后面作單獨的關於Java中Native方法的分析中介紹。hash()的源碼如下：

[java]   view plain  copy
  1. static int hash(int h) {  
  2.         // This function ensures that hashCodes that differ only by  
  3.         // constant multiples at each bit position have a bounded  
  4.         // number of collisions (approximately 8 at default load factor).  
  5.         h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);  
  6.         return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);  
  7.     }  

int i = indexFor(hash, table.length);的意思，相當於int i = hash % Entry[].length;得到i后，就是在Entry數組中的位置，（上述代碼5和6處是如果Entry數組中不存在新要增加的元素，則執行5,6處的代碼，如果存在，即Hash沖突，則執行 3-4處的代碼，此處HashMap中采用鏈地址法解決Hash沖突。此處經網友bbycszh指正，發現上述陳述有些問題）。重新解釋：其實不管Entry數組中i位置有無元素，都會去執行5-6處的代碼，如果沒有，則直接新增，如果有，則將新元素設置為Entry[0]，其next指針指向原有對象，即原有對象為Entry[1]。具體方法可以解釋為下面的這段文字：（3-4處的代碼只是檢查在索引為i的這條鏈上有沒有key重復的，有則替換且返回原值，程序不再去執行5-6處的代碼，無則無處理）

上面我們提到過Entry類里面有一個next屬性，作用是指向下一個Entry。如， 第一個鍵值對A進來，通過計算其key的hash得到的i=0，記做:Entry[0] = A。一會后又進來一個鍵值對B，通過計算其i也等於0，現在怎么辦？HashMap會這樣做:B.next = A,Entry[0] = B,如果又進來C,i也等於0,那么C.next = B,Entry[0] = C；這樣我們發現i=0的地方其實存取了A,B,C三個鍵值對,他們通過next這個屬性鏈接在一起,也就是說數組中存儲的是最后插入的元素。

到這里為止，HashMap的大致實現，我們應該已經清楚了。當然HashMap里面也包含一些優化方面的實現，這里也說一下。比如：Entry[]的長度一定后，隨着map里面數據的越來越長，這樣同一個i的鏈就會很長，會不會影響性能？HashMap里面設置一個因素（也稱為因子），隨着map的size越來越大，Entry[]會以一定的規則加長長度。

2、get(Object key)操作
get(Object key)操作時根據鍵來獲取值，如果了解了put操作，get操作容易理解，先來看看源碼的實現：

[java]   view plain  copy
  1. public V get(Object key) {  
  2.         if (key == null)  
  3.             return getForNullKey();  
  4.         int hash = hash(key.hashCode());  
  5.         for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];  
  6.              e != null;  
  7.              e = e.next) {  
  8.             Object k;  
  9.             if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))//-------------------1----------------  
  10.                 return e.value;  
  11.         }  
  12.         return null;  
  13.     }  


意思就是：1、當key為null時，調用getForNullKey()，源碼如下：

[java]   view plain  copy
  1. private V getForNullKey() {  
  2.         for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {  
  3.             if (e.key == null)  
  4.                 return e.value;  
  5.         }  
  6.         return null;  
  7.     }  

2、當key不為null時，先根據hash函數得到hash值，在更具indexFor()得到i的值，循環遍歷鏈表，如果有：key值等於已存在的key值，則返回其value。如上述get()代碼1處判斷。

總結下HashMap新增put和獲取get操作：

[java]   view plain  copy
  1. //存儲時:  
  2. int hash = key.hashCode();  
  3. int i = hash % Entry[].length;  
  4. Entry[i] = value;  
  5.   
  6. //取值時:  
  7. int hash = key.hashCode();  
  8. int i = hash % Entry[].length;  
  9. return Entry[i];  

理解了就比較簡單。

此處附一個簡單的HashMap小算法應用：

[java]   view plain  copy
  1. package com.xtfggef.hashmap;  
  2.   
  3. import java.util.HashMap;  
  4. import java.util.Map;  
  5. import java.util.Set;  
  6.   
  7. /** 
  8.  * 打印在數組中出現n/2以上的元素 
  9.  * 利用一個HashMap來存放數組元素及出現的次數 
  10.  * @author erqing 
  11.  * 
  12.  */  
  13. public class HashMapTest {  
  14.       
  15.     public static void main(String[] args) {  
  16.           
  17.         int [] a = {2,3,2,2,1,4,2,2,2,7,9,6,2,2,3,1,0};  
  18.           
  19.         Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer,Integer>();  
  20.         for(int i=0; i<a.length; i++){  
  21.             if(map.containsKey(a[i])){  
  22.                 int tmp = map.get(a[i]);  
  23.                 tmp+=1;  
  24.                 map.put(a[i], tmp);  
  25.             }else{  
  26.                 map.put(a[i], 1);  
  27.             }  
  28.         }  
  29.         Set<Integer> set = map.keySet();//------------1------------  
  30.         for (Integer s : set) {  
  31.             if(map.get(s)>=a.length/2){  
  32.                 System.out.println(s);  
  33.             }  
  34.         }//--------------2---------------  
  35.     }  
  36. }  

此處注意兩個地方，map.containsKey()，還有就是上述1-2處的代碼。

理解了HashMap的上面的操作，其它的大多數方法都很容易理解了。搞清楚它的內部存儲機制，一切OK！

二、HashTable的內部存儲結構

HashTable和HashMap采用相同的存儲機制，二者的實現基本一致，不同的是：

1、HashMap是非線程安全的，HashTable是線程安全的，內部的方法基本都是synchronized。

2、HashTable不允許有null值的存在。

在HashTable中調用put方法時，如果key為null，直接拋出NullPointerException。其它細微的差別還有，比如初始化Entry數組的大小等等，但基本思想和HashMap一樣。

三、HashTable和ConcurrentHashMap的比較

如我開篇所說一樣，ConcurrentHashMap是線程安全的HashMap的實現。同樣是線程安全的類，它與HashTable在同步方面有什么不同呢？

之前我們說，synchronized關鍵字加鎖的原理，其實是對對象加鎖，不論你是在方法前加synchronized還是語句塊前加，鎖住的都是對象整體，但是ConcurrentHashMap的同步機制和這個不同，它不是加synchronized關鍵字，而是基於lock操作的，這樣的目的是保證同步的時候，鎖住的不是整個對象。事實上，ConcurrentHashMap可以滿足concurrentLevel個線程並發無阻塞的操作集合對象。關於concurrentLevel稍后介紹。

1、構造方法

為了容易理解，我們先從構造函數說起。ConcurrentHashMap是基於一個叫Segment數組的，其實和Entry類似，如下：

[java]   view plain  copy
  1. public ConcurrentHashMap()  
  2.   {  
  3.     this(16, 0.75F, 16);  
  4.   }  


默認傳入值16，調用下面的方法：

[java]   view plain  copy
  1. public ConcurrentHashMap(int paramInt1, float paramFloat, int paramInt2)  
  2.   {  
  3.     if ((paramFloat <= 0F) || (paramInt1 < 0) || (paramInt2 <= 0))  
  4.       throw new IllegalArgumentException();  
  5.   
  6.     if (paramInt2 > 65536) {  
  7.       paramInt2 = 65536;  
  8.     }  
  9.   
  10.     int i = 0;  
  11.     int j = 1;  
  12.     while (j < paramInt2) {  
  13.       ++i;  
  14.       j <<= 1;  
  15.     }  
  16.     this.segmentShift = (32 - i);  
  17.     this.segmentMask = (j - 1);  
  18.     this.segments = Segment.newArray(j);  
  19.   
  20.     if (paramInt1 > 1073741824)  
  21.       paramInt1 = 1073741824;  
  22.     int k = paramInt1 / j;  
  23.     if (k * j < paramInt1)  
  24.       ++k;  
  25.     int l = 1;  
  26.     while (l < k)  
  27.       l <<= 1;  
  28.   
  29.     for (int i1 = 0; i1 < this.segments.length; ++i1)  
  30.       this.segments[i1] = new Segment(l, paramFloat);  
  31.   }  


你會發現比HashMap的構造函數多一個參數，paramInt1就是我們之前談過的initialCapacity，就是數組的初始化大小，paramfloat為loadFactor（裝載因子），而paramInt2則是我們所要說的concurrentLevel，這三個值分別被初始化為16,0.75,16，經過：

[java]   view plain  copy
  1. while (j < paramInt2) {  
  2.       ++i;  
  3.       j <<= 1;  
  4.     }  


后，j就是我們最終要開辟的數組的size值，當paramInt1為16時，計算出來的size值就是16.通過：

this.segments = Segment.newArray(j)后，我們看出了，最終稿創建的Segment數組的大小為16.最終創建Segment對象時：

[java]   view plain  copy
  1. this.segments[i1] = new Segment(cap, paramFloat);  

需要cap值，而cap值來源於：

[java]   view plain  copy
  1. int k = paramInt1 / j;  
  2.   if (k * j < paramInt1)  
  3.     ++k;  
  4.   int cap = 1;  
  5.   while (cap < k)  
  6.     cap <<= 1;  

組后創建大小為cap的數組。最后根據數組的大小及paramFloat的值算出了threshold的值：

this.threshold = (int)(paramArrayOfHashEntry.length * this.loadFactor)。

2、put操作

[java]   view plain  copy
  1. public V put(K paramK, V paramV)  
  2.   {  
  3.     if (paramV == null)  
  4.       throw new NullPointerException();  
  5.     int i = hash(paramK.hashCode());  
  6.     return segmentFor(i).put(paramK, i, paramV, false);  
  7.   }  


與HashMap不同的是，如果key為null，直接拋出NullPointer異常，之后，同樣先計算hashCode的值，再計算hash值，不過此處hash函數和HashMap中的不一樣：

[java]   view plain  copy
  1. private static int hash(int paramInt)  
  2.   {  
  3.     paramInt += (paramInt << 15 ^ 0xFFFFCD7D);  
  4.     paramInt ^= paramInt >>> 10;  
  5.     paramInt += (paramInt << 3);  
  6.     paramInt ^= paramInt >>> 6;  
  7.     paramInt += (paramInt << 2) + (paramInt << 14);  
  8.     return (paramInt ^ paramInt >>> 16);  
  9.   }  


 

[java]   view plain  copy
  1. final Segment<K, V> segmentFor(int paramInt)  
  2.   {  
  3.     return this.segments[(paramInt >>> this.segmentShift & this.segmentMask)];  
  4.   }  


根據上述代碼找到Segment對象后，調用put來操作：

[java]   view plain  copy
  1. V put(K paramK, int paramInt, V paramV, boolean paramBoolean)  
  2. {  
  3.   lock();  
  4.   try {  
  5.     Object localObject1;  
  6.     Object localObject2;  
  7.     int i = this.count;  
  8.     if (i++ > this.threshold)  
  9.       rehash();  
  10.     ConcurrentHashMap.HashEntry[] arrayOfHashEntry = this.table;  
  11.     int j = paramInt & arrayOfHashEntry.length - 1;  
  12.     ConcurrentHashMap.HashEntry localHashEntry1 = arrayOfHashEntry[j];  
  13.     ConcurrentHashMap.HashEntry localHashEntry2 = localHashEntry1;  
  14.     while ((localHashEntry2 != null) && (((localHashEntry2.hash != paramInt) || (!(paramK.equals(localHashEntry2.key)))))) {  
  15.       localHashEntry2 = localHashEntry2.next;  
  16.     }  
  17.   
  18.     if (localHashEntry2 != null) {  
  19.       localObject1 = localHashEntry2.value;  
  20.       if (!(paramBoolean))  
  21.         localHashEntry2.value = paramV;  
  22.     }  
  23.     else {  
  24.       localObject1 = null;  
  25.       this.modCount += 1;  
  26.       arrayOfHashEntry[j] = new ConcurrentHashMap.HashEntry(paramK, paramInt, localHashEntry1, paramV);  
  27.       this.count = i;  
  28.     }  
  29.     return localObject1;  
  30.   } finally {  
  31.     unlock();  
  32.   }  
  33. }  


先調用lock()，lock是ReentrantLock類的一個方法，用當前存儲的個數+1來和threshold比較，如果大於threshold，則進行rehash，將當前的容量擴大2倍，重新進行hash。之后對hash的值和數組大小-1進行按位於操作后，得到當前的key需要放入的位置，從這兒開始，和HashMap一樣。

從上述的分析看出，ConcurrentHashMap基於concurrentLevel划分出了多個Segment來對key-value進行存儲，從而避免每次鎖定整個數組，在默認的情況下，允許16個線程並發無阻塞的操作集合對象，盡可能地減少並發時的阻塞現象。

在多線程的環境中，相對於HashTable，ConcurrentHashMap會帶來很大的性能提升！

歡迎讀者批評指正，有任何建議請聯系:

EGG：xtfggef@gmail.com      http://weibo.com/xtfggef

四、HashMap常見問題分析

1、此處我覺得網友huxb23@126的一篇文章說的很好，分析多線程並發寫HashMap線程被hang住的原因 ，因為是優秀的資源，此處我整理下搬到這兒。

以下內容轉自博文：http://blog.163.com/huxb23@126/blog/static/625898182011211318854/ 

先看原問題代碼：

[java]   view plain  copy
  1. import java.util.HashMap;  
  2.   
  3. public class TestLock {  
  4.   
  5.     private HashMap map = new HashMap();  
  6.   
  7.     public TestLock() {  
  8.         Thread t1 = new Thread() {  
  9.             public void run() {  
  10.                 for (int i = 0; i < 50000; i++) {  
  11.                     map.put(new Integer(i), i);  
  12.                 }  
  13.                 System.out.println("t1 over");  
  14.             }  
  15.         };  
  16.   
  17.         Thread t2 = new Thread() {  
  18.             public void run() {  
  19.                 for (int i = 0; i < 50000; i++) {  
  20.                     map.put(new Integer(i), i);  
  21.                 }  
  22.   
  23.                 System.out.println("t2 over");  
  24.             }  
  25.         };  
  26.   
  27.         t1.start();  
  28.         t2.start();  
  29.   
  30.     }  
  31.   
  32.     public static void main(String[] args) {  
  33.         new TestLock();  
  34.     }  
  35. }  


就是啟了兩個線程，不斷的往一個非線程安全的HashMap中put內容，put的內容很簡單，key和value都是從0自增的整數（這個put的內容做的並不好，以致於后來干擾了我分析問題的思路）。對HashMap做並發寫操作，我原以為只不過會產生臟數據的情況，但反復運行這個程序，會出現線程t1、t2被hang住的情況，多數情況下是一個線程被hang住另一個成功結束，偶爾會兩個線程都被hang住。說到這里，你如果覺得不好好學習ConcurrentHashMap而在這瞎折騰就手下留情跳過吧。
好吧，分析下HashMap的put函數源碼看看問題出在哪，這里就羅列出相關代碼（jdk1.6）：

[java]   view plain  copy
  1. public V put(K paramK, V paramV)  
  2. {  
  3.   if (paramK == null)  
  4.     return putForNullKey(paramV);  
  5.   int i = hash(paramK.hashCode());  
  6.   int j = indexFor(i, this.table.length);  
  7.   for (Entry localEntry = this.table[j]; localEntry != null; localEntry = localEntry.next)  
  8.   {  
  9.     if (localEntry.hash == i) { java.lang.Object localObject1;  
  10.       if (((localObject1 = localEntry.key) == paramK) || (paramK.equals(localObject1))) {  
  11.         java.lang.Object localObject2 = localEntry.value;  
  12.         localEntry.value = paramV;  
  13.         localEntry.recordAccess(this);  
  14.         return localObject2;  
  15.       }  
  16.     }  
  17.   }  
  18.   this.modCount += 1;  
  19.   addEntry(i, paramK, paramV, j);  
  20.   return null;  
  21. }  
  22.   
  23. private V putForNullKey(V paramV)  
  24. {  
  25.   for (Entry localEntry = this.table[0]; localEntry != null; localEntry = localEntry.next)  
  26.     if (localEntry.key == null) {  
  27.       java.lang.Object localObject = localEntry.value;  
  28.       localEntry.value = paramV;  
  29.       localEntry.recordAccess(this);  
  30.       return localObject;  
  31.     }  
  32.   
  33.   this.modCount += 1;  
  34.   addEntry(0, null, paramV, 0);  
  35.   return null;  
  36. }  

 

通過jconsole（或者thread dump），可以看到線程停在了transfer方法的while循環處。這個transfer方法的作用是，當Map中元素數超過閾值需要resize時，它負責把原Map中的元素映射到新Map中。我修改了HashMap，加上了@標記2和@標記3的代碼片斷，以打印出死循環時的狀態，結果死循環線程總是出現類似這樣的輸出：“Thread-1,e==next:false,e==next.next:true,e:108928=108928,next:108928=108928,eq:true”。
這個輸出表明：
1）這個Entry鏈中的兩個Entry之間的關系是：e=e.next.next，造成死循環。
2）e.equals(e.next)，但e!=e.next。因為測試例子中兩個線程put的內容一樣，並發時可能同一個key被保存了多個value，這種錯誤是在addEntry函數產生的，但這和線程死循環沒有關系。

接下來就分析transfer中那個while循環了。先所說這個循環正常的功能：src[j]保存的是映射成同一個hash值的多個Entry的鏈表，這個src[j]可能為null，可能只有一個Entry，也可能由多個Entry鏈接起來。假設是多個Entry，原來的鏈是(src[j]=a)->b（也就是src[j]=a,a.next=b,b.next=null），經過while處理后得到了(newTable[i]=b)->a。也就是說，把鏈表的next關系反向了。

再看看這個while中可能在多線程情況下引起問題的語句。針對兩個線程t1和t2,這里它們可能的產生問題的執行序列做些個人分析：

1）假設同一個Entry列表[e->f->...]，t1先到，t2后到並都走到while中。t1執行“e.next = newTable[i];newTable[i] = e;”這使得e.next=null（初始的newTable[i]為null），newTable[i]指向了e。這時t2執行了“e.next = newTable[i];newTable[i] = e;”，這使得e.next=e，e死循環了。因為循環開始處的“final Entry next = e.next;”，盡管e自己死循環了，在最后的“e = next;”后，兩個線程都會跳過e繼續執行下去。

2）在while中逐個遍歷Entry鏈表中的Entry而把next關系反向時，newTable[i]成為了被交換的引用，可疑的語句在於“e.next = newTable[i];”。假設鏈表e->f->g被t1處理成e<-f<-g，newTable[i]指向了g，這時t2進來了，它一執行“e.next = newTable[i];”就使得e->g，造成了死循環。所以，理論上來說，死循環的Entry個數可能很多。盡管產生了死循環，但是t1執行到了死循環的右邊，所以是會繼續執行下去的，而t2如果執行“final Entry next = e.next;”的next為null，則也會繼續執行下去，否則就進入了死循環。

3）似乎情況會更復雜，因為即便線程跳出了死循環，它下一次做resize進入transfer時，有可能因為之前的死循環Entry鏈表而被hang住（似乎是一定會被hang住）。也有可能，在put檢查Entry鏈表時（@標記1），因為Entry鏈表的死循環而被hang住。也似乎有可能，活着的線程和死循環的線程同時執行在while里后，兩個線程都能活着出去。所以，可能兩個線程平安退出，可能一個線程hang在transfer中，可能兩個線程都被hang住而又不一定在一個地方。

4）我反復的測試，出現一個線程被hang住的情況最多，都是e=e.next.next造成的，這主要就是例子put兩份增量數據造成的。我如果去掉@標記3的輸出，有時也能復現兩個線程都被hang住的情況，但加上后就很難復現出來。我又把put的數據改了下，比如讓兩個線程put范圍不同的數據，就能復現出e=e.next，兩個線程都被hang住的情況。

上面羅哩羅嗦了很多，一開始我簡單的分析后覺得似乎明白了怎么回事，可現在仔細琢磨后似乎又不明白了許多。有一個細節是，每次死循環的key的大小也是有據可循的，我就不打哈了。感覺，如果樣本多些，可能出現問題的原因點會很多，也會更復雜，我姑且不再蛋疼下去。至於有人提到ConcurrentHashMap也有這個問題，我覺得不大可能，因為它的put操作是加鎖的，如果有這個問題就不叫線程安全的Map了。

2、HashMap中Value可以相同，但是鍵不可以相同

當插入HashMap的key相同時，會覆蓋原有的Value，且返回原Value值，看下面的程序：

[java]   view plain  copy
  1. public class Test {  
  2.   
  3.     public static void main(String[] args) {  
  4.           
  5.         HashMap<String,Integer> map = new HashMap<String,Integer>();  
  6.   
  7.         //出入兩個Value相同的值，沒有問題  
  8.         map.put("egg", 1);  
  9.         map.put("niu", 1);  
  10.           
  11.         //插入key相同的值，看返回結果  
  12.         int egg = (Integer) map.put("egg", 3);  
  13.           
  14.         System.out.println(egg);   //輸出1  
  15.         System.out.println(map.get("egg"));   //輸出3，將原值1覆蓋  
  16.         System.out.println(map.get("niu"));   //輸出1  
  17.     }  
  18. }  

相同的鍵會被覆蓋，且返回原值。

3、HashMap按值排序

給定一個數組，求出每個數據出現的次數並按照次數的由大到小排列出來。我們選用HashMap來做，key存儲數組元素，值存儲出現的次數，最后用Collections的sort方法對HashMap的值進行排序。代碼如下：

[java]   view plain  copy
  1. public class Test {  
  2.   
  3.     public static void main(String[] args) {  
  4.   
  5.         int data[] = { 2, 5, 2, 3, 5, 2, 3, 5, 2, 3, 5, 2, 3, 5, 2,  
  6.                 7, 8, 8, 7, 8, 7, 9, 0 };  
  7.         Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();  
  8.         for (int i : data) {  
  9.             if (map.containsKey(i)) {//判斷HashMap里是否存在  
  10.                 map.put(i, map.get(i) + 1);//已存在，值+1  
  11.             } else {  
  12.                 map.put(i, 1);//不存在，新增  
  13.             }  
  14.         }  
  15.         //map按值排序  
  16.         List<Map.Entry<Integer, Integer>> list = new ArrayList<Map.Entry<Integer, Integer>>(  
  17.                 map.entrySet());  
  18.         Collections.sort(list, new Comparator<Map.Entry<Integer, Integer>>() {  
  19.             public int compare(Map.Entry<Integer, Integer> o1,  
  20.                     Map.Entry<Integer, Integer> o2) {  
  21.                 return (o2.getValue() - o1.getValue());  
  22.             }  
  23.         });  
  24.         for (Map.Entry<Integer, Integer> m : list) {  
  25.             System.out.println(m.getKey() + "-" + m.getValue());  
  26.         }  
  27.     }  
  28.   
  29. }  

輸出：

2-6
5-5
3-4
8-3
7-3
9-1
0-1


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