hashmap擴容時死循環問題

故事的起源從hashmap的數據存放開始說起，默認hashmap大小是16.當數據過大時，毫無疑問，hashmap需要擴容去支持存放更多的數據。 

源碼如下 ——–Put一個Key,Value對到Hash表中：

public V put(K key, V value) { ...... //計算Hash值 int hash = hash(key.hashCode()); int i = indexFor(hash, table.length); //各種校驗吧 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; }

這里添加一個節點需要檢查是否超出容量，出現了一個負載因子。

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);//擴容都是2倍2倍的來的， }
1.奇數不行的解釋很能被接受，在計算hash的時候，確定落在數組的位置的時候，計算方法是(n - 1) & hash ，奇數n-1為偶數，偶數2進制的結尾都是0，經過&運算末尾都是0，會 增加hash沖突。
2.為啥要是2的冪，不能是2的倍數么，比如6，10？ 2.1 hashmap 結構是數組，每個數組里面的結構是node（鏈表或紅黑樹），正常情況下，如果你想放數據到不同的位置，肯定會想到取余數確定放在那個數據里， 
計算公式： hash % n，這個是十進制計算。在計算機中， (n - 1) & hash，當n為2次冪時，會滿足一個公式：(n - 1) & hash = hash % n，計算更加高效。 
2.2 只有是2的冪數的數字經過n-1之后，二進制肯定是 ...11111111 這樣的格式，這種格式計算的位置的時候，完全是由產生的hash值類決定，而不受n-1(組數長度) 影響。
你可能會想， 受影響不是更好么，又計算了一下，類似於擾動函數，hash沖突可能更低了，這里要考慮到擴容了，2的冪次方*2，在二進制中比如4和8，代表2的2次方和3次方，他們的2進制結構相 似,
比如 4和8 00000100 0000 1000 只是高位向前移了一位，這樣擴容的時候，只需要判斷高位hash,移動到之前位置的倍數就可以了，免去了重新計算位置的運算。

既然新建了一個更大尺寸的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 Table Entry[] 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); }

好，重點在這里面的transfer()!

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); } } }

假設有一個hashMap數組（正常是2的N次長度，這里方便舉例）， 節點3上存有abc元素，此時發生擴容

此時假設有兩個線程

 

線程B在執行到Entry<K,V> next = e.next;后掛起，此時e指向元素a，e.next指向元素b

到線程A在new table的數組7位置依次用頭插法插入3個元素后

 

 

 此時線程B繼續執行以下代碼

Entry<K,V> next = e.next; //next = b

 e.next = newTable[i]; //將數組7的地址賦予變量e.next

newTable[i] = e; //將a放到數組7的位置

e = next;　　// e = next = b

執行結束的關系如圖

 

變量e = b不是null，循環繼續執行，

Entry<K,V> next = e.next; // next = a

 e.next = newTable[i];　　//數組7地址指向e.next newTable[i] = e; //將b放到數組7的位置 e = next;　　　　//e =next = a

執行后引用關系圖

 

 

 此時變量e = a仍舊不為空，繼續循環。。

Entry<K,V> next = e.next; // 變量a沒有next，所以next = null

 e.next = newTable[i];　　// 因為newTable[i]存的是b，這一步相當於將a的next指向了b，於是問題出現了

newTable[i] = e; //將變量a放到數組7的位置
e = next; // e= next = null

當在數組7遍歷節點尋找對應的key時, 節點a和b就發生了死循環, 直到cpu被完全耗盡。

另外，如果最終線程2執行了table = newTable;那元素C就發生了數據丟失問題

四.總結

通過解讀HashMap源碼並結合實例可以發現，HashMap擴容導致死循環的主要原因在於擴容過程中使用頭插法將oldTable中的單鏈表中的節點插入到newTable的單鏈表頭中，所以newTable中的單鏈表會倒置oldTable中的單鏈表。那么在多個線程同時擴容的情況下就可能導致擴容后的HashMap中存在一個有環的單鏈表，從而導致后續執行get操作的時候，會觸發死循環，引起CPU的100%問題。所以一定要避免在並發環境下使用HashMap。