引導語
在 JDK7 版本下，很多人都知道 HashMap 會有鏈表成環的問題，但大多數人只知道，是多線程引起的，至於具體細節的原因，和 JDK8 中如何解決這個問題，很少有人說的清楚，百度也幾乎看不懂，本文就和大家聊清楚兩個問題：1：JDK7 中 HashMap 成環原因，2：JDK8 中是如何解決的。
JDK7 中 HashMap 成環原因
成環的時機
1：HashMap 擴容時。
2：多線程環境下。
成環的具體代碼位置
在擴容的 transfer 方法里面，有三行關鍵的代碼，如下：
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry<K,V> e : table) {
//e為空時循環結束
while(null != e) {
Entry<K,V> next = e.next;
if (rehash) {
e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
}
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
// 成環的代碼主要是在這三行代碼
// 首先插入是從頭開始插入的
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
}
}
假設原來在數組 1 的下標位置有個鏈表，鏈表元素是 a->b->null，現在有兩個線程同時執行這個方法，我們先來根據線程 1 的執行情況來分別分析下這三行代碼：
-
e.next = newTable[i];
newTable 表示新的數組，newTable[i] 表示新數組下標為 i 的值，第一次循環的時候為 null，e 表示原來鏈表位置的頭一個元素，是 a，e.next 是 b，
e.next = newTable[i] 的意思就是拿出 a 來，並且使 a 的后一個節點是 null，如下圖 1 的位置：
-
newTable[i] = e;
就是把 a 賦值給新數組下標為 1 的地方，如下圖 2 的位置：
-
e = next;
next 的值在 while 循環一開始就有了，為：Entry<K,V> next = e.next; 在此處 next 的值就是 b，把 b 賦值給 e，接着下一輪循環。 -
從 b 開始下一輪循環，重復 1、2、3，注意此時 e 是 b 了，而 newTable[i] 的值已經不是空了，已經是 a 了，所以 1，2，3 行代碼執行下來，b 就會插入到 a 的前面，如下圖 3 的位置：
這個就是線程 1 的插入節奏。
重點來了，假設線程 1 執行到現在的時候，線程 2 也開始執行，線程 2 是從 a 開始執行 1、2、3、4 步，此時數組上面鏈表已經形成了 b->a->null，線程 2 拿出 a 再次執行 1、2、3、4，就會把 a 放到 b 的前面，大家可以想象一下，結果是如下圖的：
從圖中可以看出，有兩個相同的 a 和兩個相同的 b，這就是大家說的成環，自己經過不斷 next 最終指向自己。
注意！！！這種解釋看似好像很有道理，但實際上是不正確的，網上很多這種解釋，這種解釋最致命的地方在於 newTable 不是共享的，線程 2 是無法在線程 1 newTable 的基礎上再進行遷移數據的，1、2、3 都沒有問題，但 4 有問題，最后的結論也是有問題的
因為 newTable 是在擴容方法中新建的局部變量，方法的局部變量線程之間肯定是無法共享的，所以以上解釋是有問題的，是錯誤的。
那么真正的問題出現在那里呢，其實線程 1 完成 1、2、3、4 步后就出現問題了，如下圖：
總結一下產生這個問題的原因：
- 插入的時候和平時我們追加到尾部的思路是不一致的，是鏈表的頭結點開始循環插入，導致插入的順序和原來鏈表的順序相反的。
- table 是共享的，table 里面的元素也是共享的，while 循環都直接修改 table 里面的元素的 next 指向，導致指向混亂。
接下來我們來看下 JDK8 是怎么解決這個問題。
JDK8 中解決方案
JDK 8 中擴容時，已經沒有 JDK7 中的 transfer 方法了，而是自己重新寫了擴容方法，叫做 resize，鏈表從老數組拷貝到新數組時的代碼如下：
//規避了8版本以下的成環問題
else { // preserve order
// loHead 表示老值,老值的意思是擴容后，該鏈表中計算出索引位置不變的元素
// hiHead 表示新值，新值的意思是擴容后，計算出索引位置發生變化的元素
// 舉個例子，數組大小是 8 ，在數組索引位置是 1 的地方掛着一個鏈表，鏈表有兩個值，兩個值的 hashcode 分別是是9和33。
// 當數組發生擴容時，新數組的大小是 16，此時 hashcode 是 33 的值計算出來的數組索引位置仍然是 1，我們稱為老值
// hashcode 是 9 的值計算出來的數組索引位置是 9，就發生了變化，我們稱為新值。
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
// java 7 是在 while 循環里面，單個計算好數組索引位置后，單個的插入數組中，在多線程情況下，會有成環問題
// java 8 是等鏈表整個 while 循環結束后，才給數組賦值，所以多線程情況下，也不會成環
do {
next = e.next;
// (e.hash & oldCap) == 0 表示老值鏈表
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
// (e.hash & oldCap) == 0 表示新值鏈表
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
// 老值鏈表賦值給原來的數組索引位置
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
// 新值鏈表賦值到新的數組索引位置
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
解決辦法其實代碼中的注釋已經說的很清楚了，我們總結一下：
-
JDK8 是等鏈表整個 while 循環結束后，才給數組賦值，此時使用局部變量 loHead 和 hiHead 來保存鏈表的值，因為是局部變量，所以多線程的情況下，肯定是沒有問題的。
-
為什么有 loHead 和 hiHead 兩個新老值來保存鏈表呢，主要是因為擴容后，鏈表中的元素的索引位置是可能發生變化的，代碼注釋中舉了一個例子：
數組大小是 8 ，在數組索引位置是 1 的地方掛着一個鏈表，鏈表有兩個值，兩個值的 hashcode 分別是是 9 和 33。當數組發生擴容時，新數組的大小是 16，此時 hashcode 是 33 的值計算出來的數組索引位置仍然是 1，我們稱為老值（loHead），而 hashcode 是 9 的值計算出來的數組索引位置卻是 9，不是 1 了，索引位置就發生了變化，我們稱為新值（hiHead）。
大家可以仔細看一下這幾行代碼，非常巧妙。
總結
本文主要分析了 HashMap 鏈表成環的原因和解決方案，你學會了嗎？
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