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阿里面试官:HashMap 为什么是线程不安全的?

  • 2021 年 11 月 12 日
  • 本文字数:1653 字

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当我们往 HashMap 中 put 元素的时候,先根据 key 的 hash 值得到这个元素在数组中的位置(即下标),然后就可以把这个元素放到对应的位置中了。


如果这个元素所在的位置上已经存放有其他元素了,那么在同一个位子上的元素将以链表的形式存放,新加入的元素放在链头,而先前加入的放在链尾。


检查容量是否超标 addEntry:


void?addEntry(int?hash,?K?key,?V?value,?int?bucketIndex)?{??Entry?e?=?table[bucketIndex];??`table[bucketIndex]?=?new?Entry(hash,?ke


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y,?value,?e);??//查看当前的 size 是否超过了我们设定的阈值 threshold,如果超过,需要 resize??if?(size++?>=?threshold)???resize(2?*?table.length);?}`


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如果现在 size 已经超过了 threshold,那么就要进行 resize 操作,新建一个更大尺寸的 hash 表,然后把数据从老的 Hash 表中迁移到新的 Hash 表中。


调整 Hash 表大小 resize:


void?resize(int?newCapacity)?{??Entry[]?oldTable?=?table;??int?oldCapacity?=?oldTable.length;??......??//创建一个新的Hash?Table??Entry[]?newTable?=?new?Entry[newCapacity];??//将Old?Hash?Table上的数据迁移到New?Hash?Table上??transfer(newTable);??table?=?newTable;??threshold?=?(int)(newCapacity?*?loadFactor);?}


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当 table[]数组容量较小,容易产生哈希碰撞,所以,Hash 表的尺寸和容量非常的重要。


一般来说,Hash 表这个容器当有数据要插入时,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,这个过程称为 resize。


多个线程同时往 HashMap 添加新元素时,多次 resize 会有一定概率出现死循环,因为每次 resize 需要把旧的数据映射到新的哈希表,这一部分代码在HashMap#transfer()?方法,如下:


void?transfer(Entry[]?newTable)?{??Entry[]?src?=?table;??int?newCapacity?=?newTable.length;??//下面这段代码的意思是:??//??从OldTable里摘一个元素出来,然后放到NewTable中??for?(int?j?=?0;?j?<?src.length;?j++)?{???Entry?e?=?src[j];???if?(e?!=?null)?{????src[j]?=?null;????do?{?????Entry?next?=?e.next;//取出第一个元素?????int?i?=?indexFor(e.hash,?newCapacity);?????e.next?=?newTable[i];?????newTable[i]?=?e;?????e?=?next;????}?while?(e?!=?null);???}??}?}


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标红代码是导致多线程使用hashmap出现 CUP 使用率骤增,出现死循环,从而多个线程阻塞的罪魁祸首。另外推荐:Java进阶视频资源

3、图解 HashMap 死循环:

正常的 ReHash 的过程(单线程):假设了我们的 hash 算法就是简单的用 key mod 一下表的大小(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 以后都冲突在table[1]这里了。接下来的三个步骤是 Hash 表 resize 成 4,然后所有的?重新 rehash 的过程。



并发下的 Rehash(多线程)


1)假设我们有两个线程。


do?{??Entry?next?=?e.next;?//?<--假设线程一执行到这里就被调度挂起了,执行其他操作??int?i?=?indexFor(e.hash,?newCapacity);??e.next?=?newTable[i];??newTable[i]?=?e;??e?=?next;?}?while?(e?!=?null);


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而我们的线程二执行完成了。于是我们有下面的这个样子:



注意,因为 Thread1 的 e 指向了 key(3),而 next 指向了 key(7),其在线程二 rehash 后,指向了线程二重组后的链表。我们可以看到链表的顺序被反转后。在这里线程一变成了操作经过线程二操作后的 HashMap。


2)线程一被调度回来执行。


  • 先是执行?newTalbe[i] = e;

  • 然后是e = next,导致了 e 指向了key(7)

  • 而下一次循环的next = e.next导致了 next 指向了key(3)



3)一切安好。


线程一接着工作。把key(7)摘下来,放到newTable[i]的第一个,然后把 e 和 next 往下移。这个元素所在的位置上已经存放有其他元素了,那么在同一个位子上的元素将以链表的形式存放,新加入的放在链头,而先前加入的放在链尾。

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