多執行緒下的HashMap死迴圈問題詳解

小夥伴們大家好呀，今天看技術博文的時候看到一個很有意思的問題，就如標題所示------》在多執行緒的情況下關於HashMap的死迴圈問題，還記我在剛學JavaSE時候，看到過這個問題，當時的知識儲備不夠，沒有深究，今天來詳細說一說，希望能幫到你們，一起進步。

正文開始：

Java的HashMap是非執行緒安全的。多執行緒下應該用ConcurrentHashMap。

多執行緒下[HashMap]的問題（這裡主要說死迴圈問題）：

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。

一.為何出現死迴圈？

（在多執行緒下使用非執行緒安全的HashMap，單執行緒根本不會出現）

HashMap是採用連結串列解決Hash衝突，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。

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並行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。

2、如何產生的：

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，新加入的元素放在鏈頭，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);
	}

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;
				//以下程式碼是造成死迴圈的罪魁禍首。
				do {
					Entry<K,V> next = e.next;//取出第一個元素
					int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
					e.next = newTable[i];
					newTable[i] = e;
					e = next;
				} while (e != null);
			}
		}
	}

3、圖解HashMap死迴圈：

正常的ReHash的過程（單執行緒）：
假設了我們的hash演演算法就是簡單的用key mod 一下表的大小（也就是陣列的長度）。
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以後都衝突在table[1]這裡了。

接下來的三個步驟是Hash表 resize成4，然後所有的<key,value> 重新rehash的過程。

並行下的Rehash（多執行緒）

假設我們有兩個執行緒。

	do {
		Entry<K,V> next = e.next; // <--假設執行緒一執行到這裡就被排程掛起了，執行其他操作
		int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
		e.next = newTable[i];
		newTable[i] = e;
		e = next;
	} while (e != null);

而我們的執行緒二執行完成了。於是我們有下面的這個樣子：

注意，因為Thread1的 e 指向了key(3)，而next指向了key(7)，其線上程二rehash後，指向了執行緒二重組後的連結串列。我們可以看到連結串列的順序被反轉後。在這裡執行緒一變成了操作經過執行緒二操作後的HashMap。

2）執行緒一被排程回來執行。
先是執行 newTalbe[i] = e;
然後是e = next，導致了e指向了key(7)，
而下一次迴圈的next = e.next導致了next指向了key(3)。

3）一切ok。

執行緒一接著工作。把key(7)摘下來，放到newTable[i]的第一個，然後把e和next往下移。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。

4）環形連結出現。

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)， 環形連結串列就這樣出現了。

於是，當我們的執行緒一呼叫到，HashTable.get(11)時，悲劇就出現了——Infinite Loop。