一段代码让你彻底搞懂HashMap的死循环

在多线程环境下，使用HashMap进行put操作会引起死循环，导致CPU利用率接近100%，HashMap在并发执行put操作时会引起死循环，是因为多线程会导致HashMap的Entry链表

形成环形数据结构，一旦形成环形数据结构，Entry的next节点永远不为空，在get操作时遍历链表就会产生死循环。那么这个死循环是如何生成的呢？我们来具体分析下。

HashMap扩容流程

引发死循环，是在HashMap的扩容操作中，正常的扩容操作是这个流程。HashMap的扩容在put操作中会触发扩容，主要是三个方法：

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综合来说，HashMap一次扩容的过程：

1、取当前table的2倍作为新table的大小

2、根据算出的新table的大小new出一个新的Entry数组来，名为newTable

3、轮询原table的每一个位置，将每个位置上连接的Entry，算出在新table上的位置，并以链表形式连接

4、原table上的所有Entry全部轮询完毕之后，意味着原table上面的所有Entry已经移到了新的table上，HashMap中的table指向newTable

案例分析

这里我们写个简单的demo模拟一下transfer方法中的逻辑

public class HashMap {

    private transient Entry[] table;

    public void test() {
        Entry c = new Entry("c", null);
        Entry b = new Entry("b", c);
        Entry a = new Entry("a", b);
        table = new Entry[4];
        table[1] = a;
        System.out.println("原始链表：" + a.toString());
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Entry[] newTable = new Entry[8];
                for (Entry e : table) {
                    if (null != e) {
                        System.out.println("线程1让出CPU时间片前,操作的entry为：" + e.toString());
                    }
                    while (null != e) {
                        Entry next = e.next;
                        //产生死循环主要在这里，第一次遍历上述的next为 b->c->null,
                        // 下一次遍历 b时，由于线程2修改成了 c->b->a->null导致 b 节点的next又重新指向 a节点 
                        //线程1让出CPU时间片,等线程二操作完
                        sleep(5000);
                        System.out.println("线程1继续执行,操作的entry为：" + e.toString());
                        e.next = newTable[1];
                        newTable[1] = e;
//                        System.out.println("执行后的entry为："+e.toString());
                        System.out.println("=============================");
                        e = next;
                    }
                }
                table = newTable;
            }
        });
        thread.start();

        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                Entry[] newTable = new Entry[8];
                for (Entry e : table) {
                    if (null != e) {
                        System.out.println("线程2开始,操作的entry为：" + e.toString());
                    }
                    while (null != e) {
                        sleep(500);
                        Entry next = e.next;
                        e.next = newTable[1];
                        newTable[1] = e;
                        e = next;
                    }
                }
                System.out.println("线程2扩容完,entry为：" + newTable[1].toString());
                sleep(6000);
                table = newTable;
            }
        }).start();
        sleep(20000);
        System.out.println("2个线程扩容完毕后,最终entry为：" + table[1].value + "->" + table[1].next.value + "->" + table[1].next.next.value);
    }

    private void sleep(long time) {
        try {
            Thread.sleep(time);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void transfer(Entry[] newTable) {

    }

    private int indexFor(int hash, int length) {
        return hash & (length - 1);
    }

    ///////////// HashMap节点移动相关逻辑 //////////////////
//    void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
//        int newCapacity = newTable.length;
//        for (Entry e : table) {
//            while(null != e) {
//                Entry next = e.next;
//                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;
//            }
//        }
//    }

    static class Entry {

        private String value;

        private Entry next;

        private int hash = 1;

        public Entry(String value, Entry next) {
            this.value = value;
            this.next = next;
        }

        public String getValue() {
            return value;
        }

        public void setValue(String value) {
            this.value = value;
        }

        public Entry getNext() {
            return next;
        }

        public void setNext(Entry next) {
            this.next = next;
        }

        @Override
        public String toString() {
            if (null != value) {

                return value + "->" + (null == next ? null : next.toString());
            }
            return null;
        }
    }


}

调用上述test方法，输出结果为

微信图片_202005161127073.png

我们看到最终的一个结果是a->b->a的一个循环链表，其中节点c也丢失了。由此能看到hashmap线程不安全不仅体现在循环链表，还有可能数据丢失。
debug调试如下图

微信图片_202005161127074.png

总结

在并发的情况，发生扩容时，可能会产生循环链表，在执行get的时候，会触发死循环，引起CPU的100%问题，所以一定要避免在并发环境下使用HashMap。

参考《老生常谈，HashMap的死循环》