面試官:併發下的 HashMap 爲什麼會引起死循環?

今天研讀Java併發容器和框架時,看到爲什麼要使用ConcurrentHashMap時,其中有一個原因是:線程不安全的HashMap, HashMap在併發執行put操作時會引起死循環,是因爲多線程會導致HashMap的Entry鏈表形成環形數據結構,查找時會陷入死循環。糾起原因看了其他的博客,都比較抽象,所以這裏以圖形的方式展示一下,希望支持!

(1)當往HashMap中添加元素時,會引起HashMap容器的擴容,原理不再解釋,直接附源代碼,如下:

/** 
    * 
    * 往表中添加元素,如果插入元素之後,表長度不夠,便會調用resize方法擴容 
    */  
   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);  
       if (size++ >= threshold)  
           resize(2 * table.length);  
   }  
  
   /** 
    * resize()方法如下,重要的是transfer方法,把舊錶中的元素添加到新表中
    */  
   void resize(int newCapacity) {  
       Entry[] oldTable = table;  
       int oldCapacity = oldTable.length;  
       if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {  
           threshold = Integer.MAX_VALUE;  
           return;  
       }  
  
       Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];  
       transfer(newTable);  
       table = newTable;  
       threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);  
   }  

(2)參考上面的代碼,便引入到了transfer方法,(引入重點)這就是HashMap併發時,會引起死循環的根本原因所在,下面結合transfer的源代碼,說明一下產生死循環的原理,先列transfer代碼(這是裏JDK7的源偌),如下:

   /**
     * Transfers all entries from current table to newTable.
     */
    void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
        int newCapacity = newTable.length;
        for (Entry<K,V> e : table) {
 
            while(null != e) {
                Entry<K,V> next = e.next;            ---------------------(1)
                if (rehash) {
                    e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
                }
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 
                e.next = newTable[i];
                newTable[i] = e;
                e = next;
            } // while
 
        }
    }

(3)假設:

Map<Integer> map = new HashMap<Integer>(2);  // 只能放置兩個元素,其中的threshold爲1(表中只填充一個元素時),即插入元素爲1時就擴容(由addEntry方法中得知)
//放置2個元素 3 和 7,若要再放置元素8(經hash映射後不等於1)時,會引起擴容

假設放置結果圖如下: 在這裏插入圖片描述 現在有兩個線程A和B,都要執行put操作,即向表中添加元素,即線程A和線程B都會看到上面圖的狀態快照

執行順序如下:

執行一: 線程A執行到transfer函數中(1)處掛起(transfer函數代碼中有標註)。此時在線程A的棧中

e = 3
next = 7

執行二:線程B執行 transfer函數中的while循環,即會把原來的table變成新一table(線程B自己的棧中),再寫入到內存中。如下圖(假設兩個元素在新的hash函數下也會映射到同一個位置) 在這裏插入圖片描述 執行三:線程A解掛,接着執行(看到的仍是舊錶),即從transfer代碼(1)處接着執行,當前的 e = 3, next = 7, 上面已經描述。

1.處理元素 3 , 將 3 放入 線程A自己棧的新table中(新table是處於線程A自己棧中,是線程私有的,不肥線程2的影響),處理3後的圖如下: 在這裏插入圖片描述 2.線程A再複製元素 7 ,當前 e = 7 ,而next值由於線程 B 修改了它的引用,所以next 爲 3 ,處理後的新表如下圖 在這裏插入圖片描述 3.由於上面取到的next = 3, 接着while循環,即當前處理的結點爲3, next就爲null ,退出while循環,執行完while循環後,新表中的內容如下圖: 在這裏插入圖片描述 4.當操作完成,執行查找時,會陷入死循環!

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