jdk1.7 HashMap中的致命錯誤：循環鏈表

jdk1.7 HashMap中的"致命錯誤"：循環鏈表

jdk1.7 HashMap結構圖

jdk1.7是數組+鏈表的結構

jdk1.7版本中主要存在兩個問題

1. 頭插法會造成循環鏈表的情況

2. 鏈表過長，會導致查詢效率下降

jdk1.8版本針對jdk1.8進行優化

1. 使用尾插法，消除出現循環鏈表的情況
2. 鏈表過長後，轉化爲紅黑樹，提高查詢效率

具體可以參考我的另一篇博客你真的懂大廠面試題：HashMap嗎？

循環鏈表的產生

多線程同時put時，如果同時調用了resize操作，可能會導致循環鏈表產生，進而使得後面get的時候，會死循環。下面詳細闡述循環鏈表如何形成的。

resize函數

數組擴容函數,主要的功能就是創建擴容後的新數組，並且將調用transfer函數將舊數組中的元素遷移到新的數組

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);
}

transfer函數

transfer邏輯其實也簡單，遍歷舊數組，將舊數組元素通過頭插法的方式，遷移到新數組的對應位置問題出就出在頭插法。

void transfer(Entry[] newTable)
{
    //src舊數組
    Entry[] src = table;
    int newCapacity = newTable.length;
 
    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);//由於是鏈表，所以有個循環過程
        }
    }
}

static int indexFor(int h, int length){
    return h&(length-1);
}

下面舉個實際例子

//下面詳細解釋需要用到這部分代碼，所以先標號，將一下代碼分爲五個步驟
do {
	1、Entry<K,V> next = e.next; 
	2、int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
	3、e.next = newTab[i];
	4、newTable[i] = e;
	5、e= next;
} while(e != null)

• 開始$HashMap$容量設爲2，加載閾值爲$2*0.75=1$

• 線程$T_2$和線程$T_1$同時插入元素，由於閾值爲1，所以都需要調用resize函數，進行擴容操作

• 線程$T_1$先阻塞於代碼Entry<K,V> next = e.next;，之後線程$T_2$執行完擴容操作

• 之後線程$T_1$被喚醒，繼續執行，完成一次循環後

  開始$e\rightarrow3$, $next\rightarrow7$, 執行下面代碼後，$e\rightarrow 7$, $next\rightarrow3$

  2、int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
  3、e.next = newTab[i];
  4、newTable[i] = e;
  5、e= next;
  1、Entry<K,V> next = e.next; 
  

• 線程 $T_1$執行第二次循環後

  開始$e\rightarrow 7$, $next \rightarrow 3$, 執行以下代碼後， $e\rightarrow3 $, $next \rightarrow null$

  2、int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
  3、e.next = newTab[i];
  4、newTable[i] = e;
  5、e= next;
  1、Entry<K,V> next = e.next; 
  

• 線程T1執行第三次循環後，形成死循環

  開始$e\rightarrow 3$, $next \rightarrow null$, 執行以下代碼後， $e\rightarrow null$

  2、int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
  3、e.next = newTab[i];
  4、newTable[i] = e;
  5、e= next;
  1、Entry<K,V> next = e.next; 
  

假如你執行get(11), 11%4=3, 陷入死循環

參考文獻

JDK1.7 HashMap 導致循環鏈表