HashMap 为什么会导致 CPU 100%？文章看不懂？来看这个视频吧！——面试突击 006 期

哈喽，大家好，我是老王，欢迎来到 Java 面试突击，我们今天来开始第 6 期的内容。
本期的问题是：HashMap 为什会导致 CPU 运行 100%？这是一个比较常见的经典问题了，但是有很多人读者朋友给我反馈，尼玛，看文章根本看不懂啊？Sun 公司都不知道这个问题的原因吧？不，是 Oracle 公司都不知道这个问题的原因吧？面试官怕也不知道这个的答案吧？
咳咳，作为一个很正经的面试官，我觉得这个问题一点都不重要，重要的是你不知道答案啊。好的，下一位面试者请进，您先回去等通知吧。
为了避免这种尴尬的事情发生，今天我们来好好聊一下这个问题，毕竟技能再手，才能吊打面试官不是？
正文

这个问题相关的知识点，有以下几个：
H```
ashMap 的底层数据结构是什么？
什么是哈希碰撞？如何该解决这个问题？
什么是扩展因子？它有什么用？
还有对 HashMap 源码的理解，为什么 HashMap 会导致死循环？

视频版答案

视频内容如下：

图文答案

1.HashMap 的底层数据结构

先来说 HashMap 的底层数据结构，看过 HashMap 的源码我们就会发现，JDK 1.7 和 JDK 1.8 HashMap 的组成是不同的，JDK 1.7 HashMap 的组成是数组 + 链表的形式，而 JDK 1.8 新增了红黑树的数据结构，当 HashMap 中的链表长度大于 8 时，链表结构就会转换为红黑树，如下图所示：
![](https://s4.51cto.com/images/blog/202007/31/4e006f8b3e8d00bc4d156443365473de.png?x-oss-process=image/watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

2.哈希碰撞及解决方案

所谓的哈希碰撞指的是不同的值，经过哈希之后得到的值确是相同的，这种情况就叫做哈希碰撞或哈希冲突。解决哈希碰撞的常用方法是：开放定址法和链表地址法，而 HashMap 采用的就是链表地址法。它的实现原理就是将 HashMap 中相同的哈希值以链表的形式存储起来。
3.扩展因子

扩展因子也叫加载因子或负载因子是 HashMap 中的一个属性，如下图所示：假如数组的默认长度为 10，扩展因子为 0.5，那么当数组超过 10*0.5=5 个时，HashMap 就会扩容为之前容量的两倍，所以说扩展因子就是用来判定 HashMap 是否满足扩容条件的。
4.HashMap死循环分析

HashMap 导致 CPU 100% 的原因就是因为 HashMap 死循环导致的，那 HashMap 是如何造成死循环的？接下来我们一起来看。
以 JDK 1.7 为例，假设 HashMap 的默认大小为 2，HashMap 本身中有一个键值 key(5)，我们再使用两个线程：t1 添加 key(3)，t2 添加 key(7)，首先两个线程先把 key(3) 和 key(7) 都添加到 HashMap 中，此时因为 HashMap 的长度不够用了就会进行扩容操作，然后这时线程 t1 在执行到 Entry next = e.next; 时，交出了 CPU 的使用权，源代码如下：

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry e : table) {
while(null != e) {
Entry next = e.next; // 线程一执行此处
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;
}
}
}

那么此时线程 t1 中的 e 指向了 key(3)，而 next 指向了 key(7) ；之后线程 t2 重新 rehash 之后链表的顺序被反转，链表的位置变成了 key(5) -> key(7) -> key(3)，其中 “->” 用来表示下一个元素，当 t1 重新获得执行权之后，先执行 newTalbe[i] = e 把 key(3) 的 next 设置为 key(7)，而下次循环时查询到 key(7) 的 e.next 为 key(3)，于是就形 成了 key(3) 和 key(7) 的环形引用，就导致了死循环的产生，如下图所示：

![](https://s4.51cto.com/images/blog/202007/31/cce05aec85fda2d0a701473f3654477e.png?x-oss-process=image/watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

HashMap 发生死循环的一个重要原因是 JDK 1.7 时链表的插入是首部倒序插入的，而 JDK 1.8 时已经变成了尾部插入，有人把这个死循环的问题反馈给了 Sun 公司，但它们认为这不是一个问题，因为 HashMap 本身就是非线程安全的，如果要在多线程使用建议使用 ConcurrentHashMap 替代 HashMap，但面试中这个问题被问的频率比较高，所以在这里就特殊说明一下。
小结

HashMap 是非线程安全的，以 JDK 1.7 为例，当多线程并发扩容时就会出现环形引用的问题，从而导致死循环的出现，一直死循环就会导致 CPU 运行 100%，所以在多线程使用时，我们需要使用 ConcurrentHashMap 来替代 HashMap，但只有懂得其中的因果关系才能吊打面试官，好了，本节内容到这里就结束了，我们下期再见。

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【END】
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