HashMap的原理以及如何实现,之前在 JDK7与JDK8中HashMap的实现 中已经说明了。
那么,为什么说HashMap是线程不安全的呢?它在多线程环境下,会发生什么情况呢?
1. resize死循环
我们都知道HashMap初始容量大小为16,一般来说,当有数据要插入时,都会检查容量有没有超过设定的thredhold,如果超过,需要增大Hash表的尺寸,但是这样一来,整个Hash表里的元素都需要被重算一遍。这叫rehash,这个成本相当的大。
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, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
table = newTable;
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
}
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;
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;
}
}
}
大概看下transfer:
对索引数组中的元素遍历
对链表上的每一个节点遍历:用 next 取得要转移那个元素的下一个,将 e 转移到新 Hash 表的头部,使用头插法插入节点。
循环2,直到链表节点全部转移
循环1,直到所有索引数组全部转移
经过这几步,我们会发现转移的时候是逆序的。假如转移前链表顺序是1->2->3,那么转移后就会变成3->2->1。这时候就有点头绪了,死锁问题不就是因为1->2的同时2->1造成的吗?所以,HashMap 的死锁问题就出在这个 transfer() 函数上。
1.1 单线程 rehash 详细演示
单线程情况下,rehash 不会出现任何问题:
假设hash算法就是最简单的 key mod table.length(也就是数组的长度)。
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以后碰撞发生在 table[1]
接下来的三个步骤是 Hash表 resize 到4,并将所有的 <key,value>重新rehash到新 Hash 表的过程
如图所示:
1.2 多线程 rehash 详细演示
为了思路更清晰,我们只将关键代码展示出来
while(null != e) {
Entry<k,v> next = e.next;
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
Entry<k,v> next = e.next; ——因为是单链表,如果要转移头指针,一定要保存下一个结点,不然转移后链表就丢了
e.next = newTable[i]; ——e 要插入到链表的头部,所以要先用 e.next 指向新的 Hash 表第一个元素(为什么不加到新链表最后?因为复杂度是 O(N))
newTable[i] = e; ——现在新 Hash 表的头指针仍然指向 e 没转移前的第一个元素,所以需要将新 Hash 表的头指针指向 e
e = next ——转移 e 的下一个结点
假设这里有两个线程同时执行了 put() 操作,并进入了 transfer() 环节
while(null != e) {
Entry<k,v> next = e.next; //线程1执行到这里被调度挂起了
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
那么现在的状态为:
从上面的图我们可以看到,因为线程1的 e 指向了 key(3),而 next 指向了 key(7),在线程2 rehash 后,就指向了线程2 rehash 后的链表。
然后线程1被唤醒了:
执行 e.next = newTable[i] ,于是 key(3)的 next 指向了线程1的新 Hash 表,因为新 Hash 表为空,所以 e.next = null ,
执行 newTable[i] = e ,所以线程1的新 Hash 表第一个元素指向了线程2新 Hash 表的 key(3)。好了,e 处理完毕。
执行 e = next ,将 e 指向 next,所以新的 e 是 key(7)